JP6325483B2 - Method and apparatus for regenerating a catalytic diesel particulate filter (DPF) by active NO2 utilization regeneration with enhanced effective NO2 supply - Google Patents

Method and apparatus for regenerating a catalytic diesel particulate filter (DPF) by active NO2 utilization regeneration with enhanced effective NO2 supply Download PDF

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Description

本発明は、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)の再生つまり蓄積した微粒子状物質または煤煙をDPFから除去するための方法および装置、より詳しくは、NOとの酸化反応を伴う方法および装置に関連する。 The present invention relates to a method and apparatus for regenerating a diesel particulate filter (DPF), ie, removing accumulated particulate matter or soot from the DPF, and more particularly to a method and apparatus involving an oxidation reaction with NO 2 .

本出願は、本出願と同じ日に出願され譲受人を同じくする、「再循環NOxを用いたディーゼル微粒子フィルタのNO利用再生のための方法および装置」という名称の同時係属出願第PCT/US2009/033512号(代理人ドケット番号第000009−261号)に関連し、「微粒子フィルタの能動的NO再生のためのNO反応物の煤煙還元能力を最大化するための方法」という名称の2009年2月7日に出願の米国仮出願第61/063,900号の優先権を主張する。 The present application is filed on the same day as the present application and has the same assignee, and is a co-pending application PCT / US2009 entitled “Method and Apparatus for NO 2 Utilization Regeneration of Diesel Particulate Filters Using Recirculated NOx”. 2009, named “Method for Maximizing NO 2 Reactant Smoke Reducing Capacity for Active NO 2 Regeneration of Particulate Filters” in relation to No. 033512 (Attorney Docket No. 000009-261) Claims priority of US Provisional Application No. 61 / 063,900, filed February 7,

DPFから煤煙を除去するための最も一般的な方法は、フィルタ媒体を通過できるガス状生成物(COおよびCO)を発生させるための捕捉煤煙の酸化であり、このプロセスは再生と呼ばれる。再生に使用される主な仕組みには二つあり、O利用再生と呼ばれるOによる煤煙の酸化((C+O→CO)および/または(2C+O→2CO))と、NO利用再生と呼ばれるNOによる煤煙の酸化((C+2NO→CO+2NO)および/または(C+NO→CO+NO))である。 The most common method for removing soot from DPF is the oxidation of trapped soot to generate gaseous products (CO 2 and CO) that can pass through the filter media, a process called regeneration. There are two The main mechanism to be used for reproduction, the oxidation of soot by O 2 called O 2 based regeneration ((C + O 2 → CO 2) and / or (2C + O 2 → 2CO) ), NO 2 based regeneration Oxidation of soot by NO 2 ((C + 2NO 2 → CO 2 + 2NO) and / or (C + NO 2 → CO + NO)).

DPF再生のための現在周知で実行されている解決法は、能動的O利用再生システム、受動的NO利用再生システム、またはこれらの組合せを包含する。能動的O利用再生システムは、O/煤煙反応を確立および維持するため多様な方法によって反応物の温度を上昇させる。能動的O利用再生の間には、実質的にすべての煤煙除去がOとの反応によるものである。受動的NO利用システムは、一般的にはDPFの上流の酸化触媒において排気ガス中にすでに存在するNOからNOを生成するためと、反応物の能動的熱管理を伴わずに正常なエンジン動作範囲の一部で達成することが可能な温度レベルでNO/煤煙反応を発生させるのに必要な活性化エネルギーを減少させるために、触媒剤を使用する。 Currently known and practiced solutions for DPF regeneration include active O 2 utilizing regeneration systems, passive NO 2 utilizing regeneration systems, or combinations thereof. Active O 2 utilizing regeneration systems raise the temperature of the reactants in a variety of ways to establish and maintain the O 2 / smoke reaction. During active O 2 utilization regeneration, substantially all soot removal is due to reaction with O 2 . A passive NO 2 utilization system is generally used for generating NO 2 from NO already present in the exhaust gas in an oxidation catalyst upstream of the DPF and for normal engines without active thermal management of the reactants. Catalytic agents are used to reduce the activation energy required to generate a NO 2 / smoke reaction at a temperature level that can be achieved in part of the operating range.

DPF再生のための能動的O利用および受動的NO利用のコンセプトについて、多くの実行例が実証されている。受動的NO利用再生の主な制約は、すべての用途においてDPFの適切な再生を保証できないことである。これを解決するため、受動的NO利用再生に代わって、またはこれに加えて、能動的O利用再生が実行される。O利用再生の主な制約は、観察されなければならない最大DPF煤煙捕集レベルが低いことと、NO利用再生に必要であるよりも温度要件が著しく高いことである。より頻繁な再生の必要性に加えて、高い温度要件は、SCRシステムなど煤煙濾過再生部品の下流にあるものを含めて、影響を受けるすべての排気後処理装置の性能および耐久性の低下につながることがある。温度問題の解決は、よりロバストな後処理装置の開発および/またはDPF後方の温度を低下させる付加的な装置、システム、および/または方法の実行によって行われなければならない。 Many implementations have been demonstrated for the concepts of active O 2 utilization and passive NO 2 utilization for DPF regeneration. The main limitation of passive NO 2 utilization regeneration is that proper regeneration of DPF cannot be guaranteed in all applications. In order to solve this, active O 2 utilization regeneration is performed instead of or in addition to passive NO 2 utilization regeneration. The main limitation of O 2 utilization regeneration is that the maximum DPF soot collection level that must be observed is low and the temperature requirement is significantly higher than that required for NO 2 utilization regeneration. In addition to the need for more frequent regeneration, high temperature requirements lead to reduced performance and durability of all affected exhaust aftertreatment devices, including those downstream of soot filtration regeneration components such as SCR systems Sometimes. Solving the temperature problem must be done by developing more robust aftertreatment devices and / or implementing additional devices, systems, and / or methods that lower the temperature behind the DPF.

能動的O利用および受動的NO利用再生のコンセプトを補ういくつかの方法が提案されている。特許文献1には、適切な反応物温度が受動的に確立された動作期間中に最適なNOの発生を行う代替的な制御戦略を開始させる方法が記載されている。特許文献2には、適切な受動的NO利用再生活動が達成される動作期間を延長するため、反応物温度およびDPF体積流量(ゆえにDPF滞留時間)が能動的に操作される方法が記載されている。 Several methods have been proposed to supplement the concept of active O 2 utilization and passive NO 2 utilization regeneration. Patent Document 1 discloses a method of initiating an alternative control strategy appropriate reactant temperature makes the generation of passively established optimum NO x during operation. Patent Document 2, in order to extend the operation period appropriate passive NO 2 based regeneration activity is achieved, the reaction temperature and the DPF volumetric flow rate (and thus DPF residence time) describes a method which is actively operated ing.

米国特許出願公開第2007/0234711号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0234711 米国特許第6,910,329号明細書US Pat. No. 6,910,329

本発明の態様によれば、有効NO供給強化の能動的NO利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を再生するための方法は、NOx含有ガスをDPFに導入することと、DPF,NOx含有ガス、DPF内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御する一方で、NOx含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成するNO分子を生成して、NO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、そしてDPFから除去された煤煙質量の3分の2未満がガス内のO分子によって酸化されてCOおよびCO分子を生成するように、DPFの入口でのNOxレベルを制御することとを包含する。 According to an aspect of the present invention, a method for regenerating a catalytic diesel particulate filter (DPF) by active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply includes introducing a NOx-containing gas into the DPF, NOx-containing gas, while controlling at least one temperature of soot in the DPF, NOx-containing gas reacts with the catalyst, after the CO to react with soot particles, the NO 2 molecules to generate a CO 2, NO molecules generated and, NO 2 efficiency to be higher than 0.52gC / gNO 2, and O are oxidized by 2 molecules CO and CO 2 molecules in less than 2 gas thirds of soot mass that is removed from the DPF To control the NOx level at the entrance of the DPF.

本発明のまた別の態様によれば、ディーゼルエンジン機構は、触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)へNOx含有ガスを導入するように構成されたディーゼルエンジンと、DPFとNOx含有ガスとDPF内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御するように構成された加熱機構と、NOx含有ガスが触媒と作用して、後に煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成するNO分子を生成するとともにNO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、またDPFから除去される煤煙質量の3分の2未満がガス中のO分子により酸化されてCOおよびCO分子を生成するように、温度を制御することとDPFの入口でのNOxレベルを制御することにより、加熱機構を制御して、有効NO供給強化の能動的NO利用再生を実施するように構成された制御装置とを包含する。 According to yet another aspect of the present invention, a diesel engine mechanism includes a diesel engine configured to introduce a NOx-containing gas into a catalytic diesel particulate filter (DPF), a DPF, a NOx-containing gas, and soot in the DPF. A heating mechanism configured to control at least one temperature of the gas, and a NOx-containing gas reacts with the catalyst to generate NO 2 molecules that subsequently react with the soot particles to produce CO, CO 2 , NO molecules NO 2 efficiency to be higher than 0.52gC / gNO 2, also less than two thirds of the soot mass that is removed from the DPF to generate has been CO and CO 2 molecules oxidized by O 2 molecules in the gas with by controlling the NOx levels at the inlet of it and DPF for controlling the temperature, by controlling the heating mechanism, active effective NO 2 supplied strengthen Including a controller configured to implement the NO 2 based regeneration.

本発明のまた別の態様によれば、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を再生する方法は、NOx含有ガスをDPFに導入することと、NOx含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成するNO分子を生成し、NO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、またDPFから除去された煤煙質量の3分の2未満がガス中のO分子により酸化されてCOおよびCO分子を生成するようにDPFの入口でのNOxレベルを制御しながらDPFとNOx含有ガスとDPF内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することとを包含する、有効NO供給強化の能動的NO利用再生を実施することにより、DPFを少なくとも部分的に再生する第1再生を実施することと、従来のNO利用再生と能動的O利用再生の少なくとも一方を実施することによりDPFを少なくとも部分的に再生する第2再生を実施することとを包含する。
本発明の特徴および長所は、同様の数字が類似の要素を指す図面と関連して以下の詳細な説明を読むことにより良く理解されるだろう。
According to yet another aspect of the present invention, a method for regenerating a diesel particulate filter (DPF) includes introducing a NOx-containing gas into a DPF and reacting the NOx-containing gas with a catalyst and subsequently reacting with soot particles. Te CO, generates NO 2 molecules to generate a CO 2, NO molecules, as NO 2 efficiency is higher than 0.52gC / gNO 2, or 3 minutes less than 2 gases of soot mass that is removed from the DPF and controlling at least one of the temperature of the soot of the DPF and NOx-containing gas and the DPF while controlling the NOx levels of O is oxidized by 2 molecules at the inlet of the DPF so as to produce CO and CO 2 molecules in Performing a first regeneration that at least partially regenerates the DPF by performing an active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply, including Including performing a second regeneration that at least partially regenerates the DPF by performing at least one of a two- use regeneration and an active O 2 use regeneration.
The features and advantages of the present invention will be better understood by reading the following detailed description in conjunction with the drawings in which like numerals refer to like elements.

本発明の態様によるNO再循環を描いたDPF通路壁の一部を、部分的断面図で概略的に示す。FIG. 2 schematically illustrates a partial cross-sectional view of a portion of a DPF passage wall depicting NO recirculation according to an embodiment of the present invention. それ以上であるとNOがNOに転換する平衡ラインを示す、様々な排気質量流量でのサンプルディーゼル酸化触媒(DOC)についてのNO転換効率と温度とのグラフである。If it is more shows the balance line NO 2 is converted to NO, a graph of the NO 2 conversion efficiency and temperature of the samples diesel oxidation catalyst at various exhaust mass flow (DOC). 従来のNO利用再生を、本発明の態様による有効NO供給強化の能動的NO利用再生と比較する、煤煙捕集量と再生時間とのグラフである。Conventional NO 2 usage reproduction, compared to the active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supplied reinforced in accordance with aspects of the present invention, it is a graph of the reproduction time soot trapped amount. 図3Aにグラフとして示されたデータの表である。It is a table | surface of the data shown as a graph by FIG. 3A. 本発明の態様による排気後処理システムを概略的に示す。1 schematically illustrates an exhaust aftertreatment system according to an aspect of the present invention.

最初は現時点で発明者らにより理解されている一般的でより理論的な表現で、その後はより特定の態様に関して、本発明を説明するものとする。本発明がどのように機能するかについて発明者らが現時点で理解していることを説明するために提示される理論が、請求項に明白に含まれる場合を除いて、本発明を限定するとは考えられない。   The invention will be described first with a general and more theoretical expression as understood by the inventors at the present time, and then with respect to more specific embodiments. The theory presented to explain what the inventors currently understand about how the invention works is not intended to limit the invention, except as expressly included in the claims. Unthinkable.

DPF中の煤煙の反応速度が制限される状態は二つあることを発明者らは認識している。この反応は、(反応物の温度が低過ぎることにより)反応速度支配型であるか、(反応物の供給量が低過ぎることにより)拡散制限型であるかである。簡単に述べると、必要な反応物が供給されなければならず、反応の最小活性化エネルギーに到達されなければならない。これらの条件は、能動的制御により満たされるか、正常動作中に受動的に達成される。   The inventors recognize that there are two situations where the reaction rate of soot in the DPF is limited. The reaction is either reaction rate dominant (by reactant temperature too low) or diffusion limited (by reactant feed rate too low). Briefly, the necessary reactants must be supplied and the minimum activation energy of the reaction must be reached. These conditions are met by active control or passively achieved during normal operation.

能動的熱制御を利用するいかなるタイプの能動的再生プロセスでも、所望の反応に充分な反応速度が確立されるポイントまで反応物の温度が上昇する。再生をサポートするのに不充分である正常動作温度を上回るまで、外部手段によって(炭化水素の触媒酸化、バーナシステム、電気加熱、マイクロ波などによって)、フィルタ媒体、排気ガス、および/または捕捉された煤煙の温度を上昇させることにより、一般的にこれが達成される。能動的再生プロセスでは反応物供給の能動的制御が実施されるとよいが、これは行われていない。例えば、O利用再生は反応速度に支配されて大量のOを有するが、従来のNO戦略では一般的にNOまたはNOx供給を能動的に調整することはない。 Any type of active regeneration process that utilizes active thermal control raises the temperature of the reactants to a point where a reaction rate sufficient for the desired reaction is established. Filter medium, exhaust gas, and / or trapped by external means (by catalytic catalytic oxidation of hydrocarbons, burner system, electric heating, microwave, etc.) until above normal operating temperature that is insufficient to support regeneration This is generally achieved by raising the temperature of the soot. In the active regeneration process, active control of the reactant feed may be implemented, but this is not done. For example, O 2 -based regeneration has a large amount of O 2 subject to reaction rate, but conventional NO 2 strategies generally do not actively regulate the NO 2 or NO x supply.

定義上、受動的再生システムは、再生を促進する目的で反応物の温度または反応物の供給を能動的に制御するものではない。しかし、再生活動を促進するためにいくつかの受動的手段が使用される。すなわち、DPF内の触媒コーティングなど、捕捉された煤煙と接触状態にある触媒剤が、関連の反応に必要な活性化エネルギー(温度)を低下させるのに使用されることで、反応の反応速度支配を軽減する(高い反応速度を可能にする)。すべての反応物の完全反応をサポートする以上のことを行う充分に高い反応温度が存在する場合、反応は拡散制限型である。煤煙で一杯になったDPFの場合には、拡散制限反応は、酸素含有反応物の供給が制限されることを意味する。そのため、使用不能なNOを有益なNOに転換するなど、反応物供給を受動的に増加させるのに触媒が使用されることにより、反応の拡散制限を軽減する(つまり高い反応速度を可能にする)。 By definition, a passive regeneration system does not actively control reactant temperature or reactant supply for the purpose of promoting regeneration. However, some passive means are used to promote regenerative activities. That is, a catalytic agent in contact with trapped soot, such as a catalyst coating in the DPF, is used to reduce the activation energy (temperature) required for the associated reaction, thereby controlling the reaction rate. Reduce (allows high reaction rate). If there is a sufficiently high reaction temperature to do more than support full reaction of all reactants, the reaction is diffusion limited. In the case of DPF full of soot, a diffusion limited reaction means that the supply of oxygen-containing reactant is limited. Therefore, the catalyst is used to passively increase reactant supply, such as converting unusable NO to beneficial NO 2 , thereby reducing the diffusion limitation of the reaction (ie enabling high reaction rates). To do).

煤煙酸化プロセス、つまりDPFからの煤煙の除去の実際的な用途を検討する際には、反応速度、煤煙酸化速度、エンジン煤煙発生速度、煤煙除去速度の間で区別が成されなければならない。DPF煤煙除去という実際的な目的から始めて、化学反応速度についてのより本質的かつ理論的なコンセプトに戻ることになる。煤煙質量除去速度は、単純に時間ごとのDPF煤煙質量の変化である。煤煙除去速度は、時間とともに変化する捕捉煤煙質量と相関するので、再生事象の間、一定ではない。煤煙除去速度は、煤煙酸化速度とエンジン煤煙発生速度との間の差に等しい。数1は、時間の関数としてのDPF内の煤煙質量を示す。

Figure 0006325483
煤煙捕集密度、煤煙酸化速度、煤煙発生との間の関係には、いくつかの因果関係が存在する。(温度および反応物供給を含む再生条件がすでに安定している)安定した再生プロセスについては、再生事象の開始時に最高の煤煙酸化速度および煤煙除去速度が達成されている。再生が進行するにつれて煤煙酸化速度は低下して、ついに最後には煤煙発生速度と交差し、このポイントで煤煙除去速度はゼロに等しくなる。結果的に、能動的O利用再生を含むすべての再生プロセスは、ゼロではない平衡煤煙捕集量に近づく。特に効果的な戦略では、ほぼ完全な煤煙再生に近づくかもしれないが、到達することはない。 In considering the practical application of soot oxidation process, i.e., soot removal from DPF, a distinction must be made between reaction rate, soot oxidation rate, engine soot generation rate, soot removal rate. Starting with the practical goal of DPF soot removal, we will return to the more essential and theoretical concept of chemical kinetics. The smoke mass removal rate is simply the change in DPF smoke mass over time. The soot removal rate is not constant during the regeneration event because it correlates with the trapped soot mass that varies with time. The soot removal rate is equal to the difference between the soot oxidation rate and the engine soot generation rate. Equation 1 shows the soot mass in the DPF as a function of time.
Figure 0006325483
There are several causal relationships between the soot collection density, soot oxidation rate, and soot generation. For a stable regeneration process (regeneration conditions including temperature and reactant feed are already stable), the highest soot oxidation rate and soot removal rate are achieved at the start of the regeneration event. As regeneration proceeds, the soot oxidation rate decreases and finally crosses the soot generation rate, at which point the soot removal rate is equal to zero. As a result, all regeneration processes, including active O 2 utilization regeneration, approach non-zero equilibrium soot collection. A particularly effective strategy may approach but not reach near-perfect soot regeneration.

数2に表された煤煙酸化速度は、捕捉された煤煙質量と化学反応速度を掛けたものに等しい。反応速度は主として、反応に関与しているNOの温度および量の関数であり、これは、NO供給量と、煤煙質量と、平均して一つのNO分子が二つ以上のC原子の酸化反応に関与するものであるとして「再循環」が定義される場合の再循環の回数との関数である。再循環はNO酸化反応であるので、再循環の回数は主として、NO酸化反応速度および滞留時間によって決定される。NO酸化反応速度は主として、温度と反応物有効性と触媒有効性との関数である。

Figure 0006325483
m=煤煙質量
C=定数
[NO]=反応に関与するDPF内のNOの濃度
T=反応温度
E=活性化エネルギー
R=普遍気体定数
アルファ、ベータ、ガンマは指数である。 The soot oxidation rate expressed in Equation 2 is equal to the trapped soot mass multiplied by the chemical reaction rate. The reaction rate is primarily a function of the temperature and amount of NO 2 involved in the reaction, which is the NO 2 feed rate, the soot mass, and on average one NO 2 molecule contains two or more C atoms. This is a function of the number of recycles when “recycle” is defined as being involved in the oxidation reaction. Since recirculation is a NO oxidation reaction, the number of recirculations is mainly determined by the NO oxidation reaction rate and residence time. The NO oxidation reaction rate is primarily a function of temperature, reactant effectiveness and catalyst effectiveness.
Figure 0006325483
m = smoke mass C = constant [NO 2 ] = concentration of NO 2 in the DPF involved in the reaction T = reaction temperature E = activation energy R = universal gas constants alpha, beta and gamma are exponents.

再生プロセスは主として、不均一に分散された固体と、さらに(一般的に)触媒との接触状態になければならないガス状反応物との間の表面反応を包含する。そのため、移動する酸素含有ガス粒子が、静止した固体触媒の存在下にもある静止した(そして不均一に分散された)煤煙粒子を(即座に)発見する可能性は、煤煙密度が上昇につれて高くなるだろう。そのため、煤煙捕集密度が上昇するにつれて一度により多くの反応が発生するだろう。これは、すべてではないとしてもほとんどの反応速度制限型の再生プロセスに当てはまる。制限的反応物が再循環される拡散制限型反応のすべてはないとしてもほとんどにこれが当てはまることを、発明者らは認識している。DPF11に触媒10が存在した状態でNOがOと反応してNOを生成し、NOがDPFの煤煙12と反応してNO+CO+COなどを生成し、触媒の存在下でNOがOと再び反応してNOなどを生成して、最後にNOまたはNOがシステムから出る再循環現象が、図1に概略的に図示されている。制限的反応物が再循環できないか再循環しない煤煙が豊富にある拡散制限型反応については、煤煙捕集密度が上昇するにつれてより多くの反応が一度に発生することが概して当てはまらないことを発明者らは認識している。この場合、制限的反応物のすべてはすでに消費されて再利用されず、そのため最大回数の反応がすでに発生している。結果的に、本発明の態様による方法は、従来のNO利用方法を超える長所を有する、すなわち、煤煙捕集量が増加するにつれて再生効果およびNOx効率は著しく上昇するだろう。 The regeneration process mainly involves surface reactions between the heterogeneously dispersed solids and, moreover, (generally) gaseous reactants that must be in contact with the catalyst. Therefore, the chance that moving oxygen-containing gas particles will find (immediately) stationary (and heterogeneously dispersed) soot particles that are also in the presence of a stationary solid catalyst increases as soot density increases. It will be. Therefore, more reactions will occur once as the smoke collection density increases. This is true for most if not all reaction rate limited regeneration processes. The inventors recognize that this is the case for most if not all diffusion limited reactions in which the limiting reactant is recycled. NO in a state in which the catalyst 10 is present reacts with O 2 to generate NO 2 to DPF 11, NO 2 reacts with soot 12 of the DPF generating and NO + CO + CO 2, NO in the presence of a catalyst O 2 A recirculation phenomenon is schematically illustrated in FIG. 1 by reacting again with NO to produce NO 2 and the like, and finally NO or NO 2 exits the system. For diffusion limited reactions where the limiting reactant cannot be recirculated or is abundant soot that does not recirculate, it is generally not true that more reactions occur at once as the soot collection density increases. Are aware. In this case, all of the limiting reactant is already consumed and not reused, so the maximum number of reactions has already occurred. Consequently, the method according to aspects of the present invention has the advantage over conventional NO 2 usage, i.e., regeneration effect and NOx efficiency as soot trapped amount increases will rise significantly.

ディーゼル排気ガス中に存在するNOxは主としてNOを包含し、ごくわずかにNOを含む。そのため、受動的再生システムでは、NOからNOを生成するのにディーゼル酸化触媒(DOC)などの触媒剤が一般的に使用される。 NOx present in diesel exhaust gas include predominantly NO, including only slightly NO 2. As such, in a passive regeneration system, a catalytic agent such as a diesel oxidation catalyst (DOC) is commonly used to generate NO 2 from NO.

NO/NO比を上昇させてNO全体または反応物の量を増加させることにより所与のNOx量について達成可能な受動的NO利用再生活動度を上昇させることが通常は望ましい。言い換えると、制限的反応物NOの供給量を増加させることによりDPF内の煤煙の反応速度を上昇させることが通常は望ましいのである。しかし、図2に見られるように、所与の排気質量流量では、NOからNOへの転換時の触媒の効果は、最初に温度上昇とともに上昇してから低下し始め、最後にはNO−NO平衡ラインに沿って下降する。いったん平衡ラインを辿ると、NO供給量が平衡リミットとなる。平衡リミットに等しいかこれより低い、実際に測定されたNO供給量は、「平衡制限型のNO供給量」と呼ばれるものとする。 It is usually desirable to increase the achievable passive NO 2 utilization regeneration activity for a given amount of NOx by increasing the NO 2 / NO ratio to increase total NO 2 or the amount of reactants. In other words, it is the usually desirable to increase the reaction rate of the soot in the DPF by increasing the supply amount of the limiting reactant NO 2. However, as can be seen in FIG. 2, for a given exhaust mass flow rate, the catalyst's effect during the conversion from NO to NO 2 begins to increase with increasing temperature first and then decreases with NO−. It descends along the NO 2 equilibrium line. Once the equilibrium line is traced, the NO 2 supply amount becomes the equilibrium limit. The actually measured NO 2 supply that is equal to or less than the equilibrium limit shall be referred to as the “equilibrium limited NO 2 supply”.

平衡制限型のNO供給量は、DPFの上流に触媒剤を含むシステムにも含まないシステムにも関係する。DPFの上流に有効触媒剤を備えるシステムの場合には、平衡制限型のNO供給量は、DPFの上流で生成されてこれに送られる実際のNO量を指すだろう。DPFの上流に触媒剤を備えるシステムについては、再生事象中に、NOx含有ガスのNO供給量を実質的に増加させるように触媒剤が作用しなければならず、さもなければ、平衡制限型のNO供給量を決定する際に、システムがDPFの上流に触媒剤を有していないと考えられることは言うまでもない。煤煙が存在しないDPFの場合のように、触媒剤からDPFまで利用可能なNOの量が、煤煙酸化反応に関与するNOが存在しない時にDPFから出るNOより著しく少ない場合にも、再生事象中にNO供給量を著しく増加させるように触媒剤が作用することはないと考えられる。DPFの上流に触媒剤を備えず触媒作用DPFでNOが生成されるシステムの場合には、平衡制限型のNO供給量は、煤煙酸化反応に関与するNOがない時にDPFから出るNOの量を指す。 Equilibrium-limited NO 2 supply is relevant for systems that include or do not include a catalyst agent upstream of the DPF. In the case of a system with an effective catalyst agent upstream of the DPF, the equilibrium limited NO 2 supply will refer to the actual amount of NO 2 produced upstream of the DPF and sent to it. For systems with a catalyst agent upstream of the DPF, the catalyst agent must act to substantially increase the NO 2 supply of NOx-containing gas during the regeneration event, otherwise, the equilibrium limited type It goes without saying that the system is considered not to have a catalyst agent upstream of the DPF in determining the NO 2 supply. Regeneration also occurs when the amount of NO 2 available from the catalyst agent to the DPF is significantly less than the NO 2 exiting from the DPF when there is no NO 2 involved in the soot oxidation reaction, as in the case of DPF without soot. It is believed that the catalyst agent does not act to significantly increase the NO 2 supply during the event. In the case of a system in which NO 2 is generated by catalytic DPF without a catalyst agent upstream of DPF, the equilibrium-limited NO 2 supply amount is determined as NO released from DPF when there is no NO 2 involved in the soot oxidation reaction. Refers to the amount of 2 .

受動的NO利用再生の間、煤煙酸化反応は反応速度支配型か拡散制限型である。一杯に捕集したDPFの場合には、制限のタイプは、反応物温度ばかりでなく反応に供給されるNOの量に左右される。 During passive NO 2 regeneration, the soot oxidation reaction is kinetically controlled or diffusion limited. In the case of a fully collected DPF, the type of restriction depends not only on the reactant temperature, but also on the amount of NO 2 supplied to the reaction.

反応速度支配型のNO/煤煙反応は、DPFを通過したNOのすべてがDPF内にある間に反応するのでなく、そのため「浪費」されることを意味する。能動的O利用再生の場合のOと異なり、NO(とNOx)は規制排出物であり、そのため煤煙再生に関与しないNOの不必要な発生は回避されるべきである。 A rate-dominated NO 2 / smoke reaction means that all of the NO 2 that has passed through the DPF does not react while in the DPF, but is therefore “waste”. Unlike O 2 in the case of active O 2 utilization regeneration, NO 2 (and NOx) is a regulated emission, so unnecessary generation of NO 2 that is not involved in soot regeneration should be avoided.

あるいは、拡散制限型のNO/煤煙反応は、供給されるNOの量が、周囲温度で所与の滞留時間内に反応することが可能であるものより少ないことを意味する。同様に、反応が煤煙による拡散制限型である場合、これはDPF煤煙捕集量が低いことを意味する。反応物(NO)が反応器(DPF)内で費やす時間は、滞留時間と呼ばれる。拡散制限型の反応の場合には、NO供給量の増加とともに煤煙再生が短時間で終了する。受動的NO利用再生事象では、最適なNO量は、周囲温度での速度論的反応速度にほぼ適合した平衡制限型のNO供給量を発生させるものであろう。そのため、反応は、反応速度支配型と拡散制限型との間の均衡点に近づくだろう。これを目的として反応物の温度および/または供給量および/または滞留時間を能動的に制御する能動的NO利用再生コンセプトが考案されるとよい。これらのアプローチは、受動的に実行されるものであれ能動的に実行されるものであれ、「従来式」NO利用再生コンセプトと呼ばれるだろう。従来式NO利用再生コンセプトは、反応速度および拡散による制限の間の均衡点に最適な形で近づくことにより、NO/煤煙反応速度を最高にするだろう。 Alternatively, a diffusion-limited NO 2 / smoke reaction means that the amount of NO 2 supplied is less than what can react within a given residence time at ambient temperature. Similarly, if the reaction is diffusion-limited by soot, this means that DPF soot collection is low. The time that the reactant (NO 2 ) spends in the reactor (DPF) is called residence time. In the case of a diffusion-limited reaction, the soot regeneration is completed in a short time as the NO 2 supply amount increases. In a passive NO 2 utilization regeneration event, the optimal amount of NO x will generate an equilibrium limited NO 2 supply that is approximately matched to the kinetic reaction rate at ambient temperature. Therefore, the reaction will approach the equilibrium point between the reaction rate dominant and diffusion limited types. For this purpose, an active NO 2 utilization regeneration concept may be devised that actively controls the temperature and / or feed rate and / or residence time of the reactants. These approaches, whether performed passively or actively, will be referred to as “conventional” NO 2 utilization regeneration concepts. The conventional NO 2 utilization regeneration concept will maximize the NO 2 / smoke reaction rate by optimally approaching the equilibrium point between reaction rate and diffusion limitation.

認識されていてもいなくても、従来式NO利用再生方法は、反応速度支配型と拡散制限型の煤煙酸化反応の間の均衡点が達成される限り、反応に供給されるNOx量のNO百分率(「NOパーセント」)を最適な形で上昇させること、および/または反応物温度を最適な形で調整することにより、煤煙再生効果および/または効率を上昇させようとするものである。従来方法で反応に供給されるNOパーセントを上昇させようとする場合には、DPFに供給されるNOパーセントあるいはDPF内の潜在的平衡NOパーセントのいずれかを上昇させることによりこれが達成され、DPF内の周囲条件であるDPFへのNOとNOとの混合物の供給により、そしてNO−NO平衡関係により、潜在的平衡NOパーセントが決定される。 Regardless of whether it is recognized or not, the conventional NO 2 utilization regeneration method allows NOx to be supplied to the reaction as long as the equilibrium point between the reaction rate-dominated and diffusion-limited soot oxidation reactions is achieved. By increasing the percentage by 2 ("NO 2 percent") in an optimal manner and / or adjusting the reactant temperature in an optimal manner, it is intended to increase the soot regeneration effect and / or efficiency. . If it is intended to increase the NO 2 percent to be supplied to the reaction in the conventional method, this is achieved by increasing either the potential equilibrium NO 2 percent NO 2 percent or in DPF is supplied to the DPF The potential equilibrium NO 2 percent is determined by the supply of a mixture of NO and NO 2 to the DPF, the ambient conditions within the DPF, and by the NO-NO 2 equilibrium relationship.

本発明の態様による方法は、従来の方法より高い煤煙再生効果または効率を達成できることを発明者らは認識している。煤煙と反応するNOの量は、反応器(DPF)へ供給されるNOの量よりはるかに多いことを発明者らは認識している。さらに、所与の時間内に煤煙と反応するNOの量は、同じ時間内に反応器を通過するNOの理論的平衡量よりやはり多いことを発明者らは認識している。本発明の態様による方法では、DPFに供給されるNO濃度およびDPF内での平衡NO濃度を低下させるとしても、煤煙酸化反応速度とNO酸化反応速度とを上昇させることにより煤煙と反応するNOの量を増加させる。こうする際に、本発明の態様による方法では、煤煙再生プロセスに対するNO再循環機構の利点を著しく高めることで、従来のNO利用の方法よりも著しく高い煤煙再生効果および効率が認められる。 The inventors have recognized that the method according to aspects of the present invention can achieve a higher soot regeneration effect or efficiency than conventional methods. The inventors recognize that the amount of NO 2 that reacts with soot is much greater than the amount of NO 2 fed to the reactor (DPF). Furthermore, the inventors recognize that the amount of NO 2 that reacts with soot within a given time is still greater than the theoretical equilibrium amount of NO 2 that passes through the reactor within the same time. In the method according to the aspect of the present invention, even if the NO 2 concentration supplied to the DPF and the equilibrium NO 2 concentration in the DPF are decreased, the method reacts with the smoke by increasing the smoke oxidation reaction rate and the NO oxidation reaction rate. increasing the amount of NO 2. In doing so, the method according to aspects of the present invention recognizes significantly higher soot regeneration effects and efficiencies than conventional NO 2 utilization methods by significantly enhancing the benefits of the NO recirculation mechanism over the soot regeneration process.

本発明の態様では、平衡制限的なNO供給量を最大化すること、または反応速度支配型と拡散制限型との間でほぼ均衡が取れた煤煙酸化反応を確立することは、必ずしも必要ではない。従来のNO利用再生が発生するエンジン動作範囲を(熱、体積流量、反応物供給の管理により)能動的に拡大することも、本発明の態様では必ずしも必要ではない。代わりに、「有効NO供給」というコンセプトが導入され、この有効供給は、平衡制限的NO供給量が減少した場合でも、従来のNO利用再生中に予想される効果よりも煤煙除去効果を高めるために強化される。本出願において有効NO供給量は、煤煙酸化に関与するNOの量として定義される。関与NOは、平衡制限的NO供給量、触媒作用DPFで酸化されたNO、再循環NOのいずれかから直接求められる。NO反応物の煤煙除去能力というコンセプトも導入される。採用される方法が平衡制限的NO供給量を減少させるとしても、同時に有効NO供給量も大きく増加させることで、平衡制限的なNO供給量の煤煙除去能力を高め、結果的に著しく高い煤煙酸化速度が得られる。従来条件下よりも少量のNOがDPFに供給されても、NOがNOに転換されてNOがDPF内の煤煙と反応する際の速度が、大量のNOがDPFに供給される従来条件下よりも高くなるように、条件が制御される。本発明の態様では、触媒反応を通して通常は1回を越えてNOが効果的に「再循環」されてNOを生成し、このNOが煤煙と反応して、触媒反応を受けるNOを再び生成する。こうして、本発明の態様により制御される条件下におけるエンジン排気中の特定量のNOxは、平衡制限的なNO供給量よりも大量の煤煙を酸化するように作用する。本発明のこの態様は、「有効NO供給強化の(DPFの)能動的NO利用再生」と呼ばれる。従来の能動的NO利用再生中の有効NO量は、主として、(用途により決定される)許容NOx量合計と、(能動的に制御されるものを含む)所与の動作条件集合についての平衡NO−NO比とによって決定される。コンセプト(方法および装置)の適用とその効果および効率の両方において、従来式NO利用再生コンセプトとここに提示されるコンセプトとの異なる目的の持つ意味が重要である。 In aspects of the invention, it is not necessary to maximize the equilibrium-limited NO 2 supply or to establish a soot oxidation reaction that is approximately balanced between the rate-controlled and diffusion-limited types. Absent. It is not always necessary in the aspect of the present invention to actively expand the engine operating range in which conventional NO 2 utilization regeneration occurs (by managing heat, volume flow rate, reactant supply). Instead, the concept of “effective NO 2 supply” is introduced and this effective supply is more effective in removing smoke than the effect expected during conventional NO 2 utilization regeneration even when the equilibrium limited NO 2 supply amount is reduced. To be enhanced. Effective NO 2 supply in this application is defined as the amount of NO 2 involved in soot oxidation. Participating NO 2 is determined directly from any of the equilibrium limiting NO 2 supply, NO oxidized by catalytic DPF, or recirculated NO. The concept of smoke removal capability of NO 2 reactant is also introduced. Even if the adopted method reduces the equilibrium-limited NO 2 supply amount, the effective NO 2 supply amount is also increased at the same time, so that the ability to remove smoke from the equilibrium-limited NO 2 supply amount is enhanced, resulting in a significant increase High soot oxidation rate is obtained. Even than conventional conditions a small amount of NO 2 is supplied to the DPF, NO is the speed at which NO 2 is converted to NO 2 reacts with soot in the DPF, a large amount of NO 2 is supplied to the DPF Conditions are controlled to be higher than conventional conditions. In embodiments of the present invention, usually through the catalyst reaction are "recycled" NO is effectively over once to generate NO 2, the NO 2 reacts with soot, again NO undergoing catalytic reaction Generate. Thus, a certain amount of NOx in the engine exhaust under conditions controlled by aspects of the present invention acts to oxidize a larger amount of soot than the equilibrium limited NO 2 supply. This aspect of the invention is referred to as “active NO 2 utilization regeneration (of DPF) with enhanced effective NO 2 supply”. The amount of effective NO 2 during conventional active NO 2 utilization regeneration is mainly for the total allowable NOx amount (determined by the application) and for a given set of operating conditions (including those that are actively controlled). Determined by the equilibrium NO-NO 2 ratio. In both the application of the concept (method and apparatus) and its effectiveness and efficiency, the significance of the different purposes of the conventional NO 2 utilization regeneration concept and the concept presented here is important.

/煤煙反応を開始させるのに必要な活性化エネルギーは、NO/煤煙反応に必要なものより極めて高い。O/煤煙反応に必要な高い活性化エネルギーのため、触媒技術分野の現状では、ディーゼルエンジンの正常動作条件下で実際的な煤煙の受動的O利用再生を実施する能力は実証されていない。実際、効果的なO利用再生は、約600℃を上回る温度でのみ能動的に実施されていた。そのため、DPFの再生に熟知した者にとって、「能動的」再生のコンセプトおよび実行は概してO利用再生についてのものであり、用語は互換的に使用されていた。同様に、「受動的」再生およびNO利用再生のコンセプトおよび専門用語は概して互換的に広く使用されてきたが、区別が成されるべきであった。本発明では、従来のNO利用再生よりも著しく高い煤煙除去効果を持ち、NOx効率全体が改良された能動的な「再循環」NO利用再生のためのコンセプトを特定してその方法および装置を確立し、これにより能動的O利用再生の場合に匹敵するかこれを超える煤煙除去効果が、著しく低い排気温度で達成されるばかりでなく、能動的O利用再生よりも高いDPF煤煙捕集量と、広い動作範囲にわたる適用とを可能にする。NOx効率は、実質的に一杯になったDPFを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたってDPFに供給される質量のNOx(gNOx)により除去される煤煙の質量(gC)として明白に定義されるものとする。“gC”の単位はDPFから除去された煤煙の質量であり、“gNOx”の単位は蓄積されたNOx供給物の質量である。DPF煤煙捕集量が、検討対象のシステムにおいて通常は再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも90%である時に、DPFは実質的に一杯になったと考えられる。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、DPFは効果的に再生されると考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分での煤煙除去速度について決定される。煤煙除去の大部分は、除去される煤煙全体のおよそ50%であると考えられる。 O 2 / activation energy required to soot reaction is initiated is much higher than those required for NO 2 / soot reaction. O 2 / for high activation energy required for the soot reaction, at present the catalyst art, the passive O 2 utilization ability to perform reproduction practical soot in normal operating conditions of the diesel engine has not been demonstrated . Indeed, effective O 2 utilization regeneration has been actively carried out only at temperatures above about 600 ° C. As such, for those familiar with DPF regeneration, the concept and implementation of “active” regeneration was generally for O 2 -based regeneration, and the terminology was used interchangeably. Similarly, the concepts and terminology of “passive” regeneration and NO 2 utilization regeneration have generally been widely used interchangeably, but a distinction should have been made. In the present invention, a method and apparatus for identifying a concept for active “recirculation” NO 2 utilization regeneration with significantly higher soot removal effect than conventional NO 2 utilization regeneration and improved overall NOx efficiency is disclosed. establishing a, whereby soot removal effect comparable or greater than this if the active O 2 based regeneration is not only achieved at a significantly lower exhaust temperature, capturing higher DPF soot than an active O 2 based regeneration Enables collection and application over a wide operating range. NOx efficiency is due to the mass of NOx (gNOx) delivered to the DPF over a time that is significant to, but not exceeded, the time required to effectively regenerate the substantially full DPF. It shall be clearly defined as the mass of smoke removed (gC). The unit of “gC” is the mass of smoke removed from the DPF, and the unit of “gNOx” is the mass of accumulated NOx feed. The DPF is considered to be substantially full when the DPF soot collection is at least 90% of the soot collection that normally begins to be regenerated in the system under consideration. It is believed that the DPF is effectively regenerated if a significant soot removal rate is not maintained. A significant soot removal rate is determined for the soot removal rate for most of the soot removal. The majority of soot removal is considered to be approximately 50% of the total soot removed.

従来の再生コンセプトと対照的に、本方法および装置の態様では、具体的にはDPFの熱管理である反応物の能動的熱管理とNOx発生の能動的制御との組合せによって、NO利用再生を能動的に最大化して、NO反応物の煤煙除去能力を強化するため、NO反応物の体積流量(そのため滞留時間)の能動的操作を可能にする。対照的に、従来のNO利用再生コンセプトでは主として、触媒剤の使用および/またはあまり一般的ではないがNOx発生の能動的制御により、NO反応物の量全体を周囲の反応物温度に適切なレベルまで上昇させるか、あるいは熱および体積流量の制御により、従来のNO利用再生が発生する動作期間を能動的に拡大しようとする。 In contrast to the conventional regeneration concept, the present method and apparatus embodiment provides NO 2 regeneration using a combination of active thermal management of reactants, specifically thermal management of DPF, and active control of NOx generation. the by actively maximized to enhance the soot removal capacity of the NO 2 reactants, to allow active manipulation of the volume flow of NO 2 reactant (therefore residence time). In contrast, conventional NO 2 utilization regeneration concepts are suitable primarily for the use of catalyst agents and / or less commonly active control of NOx generation to ensure that the entire amount of NO 2 reactant is suitable for the ambient reactant temperature. Therefore, it is intended to actively extend the operation period in which the conventional regeneration using NO 2 occurs by increasing the temperature to a certain level or controlling the heat and volume flow rate.

有効NO供給強化の能動的NO利用再生の方法および装置では、NO/NO比、ゆえに平衡制限的NO供給量が低下しても、NO反応物の煤煙除去能力を最大化するというコンセプトが提示され、主としてこれを目的とする。これは実際には、主として従来のNO利用再生の場合よりも反応速度の運動項がかなり高いことにより、NO/煤煙反応が拡散制限型であることを通常は意味する。 The method and apparatus for active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply maximizes the ability of the NO 2 reactant to remove smoke even when the NO 2 / NO ratio and hence the equilibrium limiting NO 2 supply is reduced. The concept is presented and is mainly aimed at this. In practice, this usually means that the NO 2 / smoke reaction is diffusion-limited, mainly due to the much higher reaction rate kinetic term than in the case of conventional NO 2 utilization regeneration.

DPF内に捕捉された各C原子は、一つのNO分子との酸化反応(C+NO→CO+NO)、あるいは二つのNO分子との酸化反応(C+2NO→CO+2NO)に関与する。NO(46.01g/mol)およびC(12.01g/mol)のモル質量に基づいて、この反応ストイキオメトリーは、反応後の煤煙の質量が反応後のNOの質量の〜13%(1:2モル反応の場合)と26%(1:1モル反応の場合)であることを示している。粒子状物質が、普通は経験的にC8Hと表される煤煙と、それほど重要ではないが未燃焼HCsおよび不活性物質とを主として包含することは認識されている。そのため、再生の過程におけるDPF煤煙捕集量の変化が主としてCの除去に寄与すると推定するのは妥当であろう。ここで行われる計算では、DPF煤煙質量の変化は、Cの除去のみに寄与すると仮定するものとする。 Each C atom trapped in the DPF is involved in an oxidation reaction with one NO 2 molecule (C + NO 2 → CO + NO) or an oxidation reaction with two NO 2 molecules (C + 2NO 2 → CO 2 + 2NO). Based on the molar mass of NO 2 (46.01 g / mol) and C (12.01 g / mol), this reaction stoichiometry indicates that the mass of soot after reaction is ˜13% of the mass of NO 2 after reaction. (In the case of 1: 2 molar reaction) and 26% (in the case of 1: 1 molar reaction). It is recognized that the particulate matter mainly includes soot, usually empirically represented as C8H, and less importantly unburned HCs and inert materials. Therefore, it is reasonable to estimate that the change in the amount of collected DPF soot during the regeneration process mainly contributes to the removal of C. In the calculations performed here, it is assumed that the change in DPF soot mass contributes only to the removal of C.

DPF内での正常な温度および滞留時間範囲におけるNOによる触媒作用DPFの受動的再生の場合、最も望ましいケースは一般的に、所与のNO分子、または最初に酸化されてNOとなるNO分子が、DPFから出る前に平均して1回未満の煤煙酸化反応を終了できることであろう。これは主として、従来の動作では、NOが反応する時間がない短い滞留時間(つまり高い排気質量流量および温度)で高いDPFおよび煤煙の温度が一般的に達成されるという事実による。同様に、滞留時間が長くなる(質量流量および温度が低くなる)と、DPFおよび煤煙の温度上昇が達成されない。 For passive regeneration of DPF catalyzed by NO 2 at normal temperature and residence time ranges within the DPF, the most desirable case is generally a given NO 2 molecule, or first oxidized to NO 2 On average, NO molecules would be able to complete less than one soot oxidation reaction before leaving the DPF. This is mainly due to the fact that in conventional operation, high DPF and soot temperatures are generally achieved with short residence times (ie high exhaust mass flow rates and temperatures) where there is no time for NO 2 to react. Similarly, if the residence time is long (mass flow rate and temperature are low), the DPF and soot temperature rise is not achieved.

NO利用再生試験では、特定方法の効果を評価するため、NOおよびCの反応ストイキオメトリーに関連するNO効率の測定が導入される。NO効率は、実質的に一杯のDPFを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって決定される、DPFから除去されたCの質量をDPFに提供されるNOの質量で割ったものとして、明白に定義される。DPF煤煙捕集量が、検討対象のシステムで通常は再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも90%である時に、DPFは実質的に一杯であると考えられる。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、DPFは効果的に再生されると考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度に関して決定される。煤煙除去の大部分は、除去された煤煙全体のおよそ50%であると考えられる。 The NO 2 utilization regeneration test introduces a measurement of NO 2 efficiency related to the reaction stoichiometry of NO 2 and C to evaluate the effectiveness of a specific method. NO 2 efficiency is the mass of C removed from the DPF, which is determined over a time that is significant to, but does not exceed, the time required to effectively regenerate a substantially full DPF. Explicitly defined as divided by the mass of NO 2 provided to the DPF. The DPF is considered to be substantially full when the DPF soot collection is at least 90% of the soot collection that normally begins to be regenerated in the system under consideration. It is believed that the DPF is effectively regenerated if a significant soot removal rate is not maintained. A significant soot removal rate is determined with respect to the soot removal rate in the majority of soot removal. The majority of soot removal is considered to be approximately 50% of the total soot removed.

DPFを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意である時間にわたるNOおよびNOx効率を定義することにより、一時的出現に基づいて計算される、および/または、有意の煤煙除去速度がもはや維持されないポイントを超えても継続する再生を表す測定を除外することが意図されている。試験の際には、再生された煤煙の一部が流入する排気から供給され、関連する再生反応はDPF煤煙捕集量を減少させない。これは、測定されたNO効率を他の要因とともに低下させる。従来のNO利用再生についての従来の知識では、NO効率が12.01gC/46.01gNO=〜0.26gC/gNOを大きく超えることはないとされている。単位“gC”はDPFから除去された煤煙の質量であり、単位“gNO”は蓄積された平衡制限的NO供給物の質量である。それでも、(図2に見られるようなNO−NO転換の平坦部の付近またはこれを少し越えた)高い温度では、徐々に減少する平衡制限的NO供給物が温度上昇を利用できないので、NO利用煤煙酸化活動度全体が著しく低下すると推定された。言い換えると、温度上昇はNO供給量を単純に低下させて、結果的により拡散制限的な反応となり、そのため反応速度を低下させることで煤煙除去全体の低下を達成する。従来の受動的NO利用再生は、実質的に一杯になったDPFを再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えない時間にわたって、0.52gC/gNOをかなり下回る、より一般的には0.26gC/gNOより低いNO効率を有する。 Calculated based on temporal appearance and / or significant soot removal rate by defining NO 2 and NOx efficiency over time that is significant relative to the time required to effectively regenerate the DPF It is intended to exclude measurements that represent regeneration that continues beyond the point where is no longer maintained. During the test, a portion of the regenerated soot is supplied from the incoming exhaust, and the associated regeneration reaction does not reduce DPF soot collection. This reduces the measured NO 2 efficiency along with other factors. Conventional wisdom for conventional NO 2 based regeneration, the NO 2 efficiency greatly exceeds 12.01gC / 46.01gNO 2 = ~0.26gC / gNO 2 is not. The unit “gC” is the mass of soot removed from the DPF and the unit “gNO 2 ” is the mass of the accumulated equilibrium limiting NO 2 feed. Nevertheless, at higher temperatures (near or slightly beyond the flat portion of the NO-NO 2 conversion as seen in FIG. 2), a gradually decreasing equilibrium-limited NO 2 feed cannot utilize the temperature rise, It was estimated that the overall NO 2 utilization soot oxidation activity was significantly reduced. In other words, an increase in temperature simply reduces the amount of NO 2 supplied, resulting in a more diffusion-limited reaction, thus achieving a reduction in overall smoke removal by reducing the reaction rate. Conventional passive NO 2 utilization regeneration is well below 0.52 gC / g NO 2 over a time that is significant but not exceeding the time required to regenerate a substantially full DPF. more generally it has a low NO 2 efficiently than 0.26gC / gNO 2.

しかし、提示される方法の態様において、0.52gC/gNOを大きく上回るNO効率を持ち従来のNO利用再生技術よりも著しく良好な煤煙除去結果を達成できるのは、反応物温度を能動的に上昇させることのみによる。この方法によって、0.52gC/gNOより何倍も高いNO効率が可能となる。これは、有効NO供給(必ずしも平衡制限的NO供給でない)を強化する目的でNOの煤煙除去能力を高めることによって達成される。NOの煤煙除去能力を高めるための機構は、NO再循環機構である。充分に長い滞留時間と充分に高い温度とが与えられた触媒作用DPFにおいて、煤煙と反応してNO分子を生成するNO分子が再循環されてNOとなり、これが別の煤煙酸化作用に関与することを発明者らは認識している。滞留時間、煤煙酸化およびNO酸化反応の速度論的反応速度、煤煙の有効性、酸素の有効性、そして触媒の有効性から可能となる回数だけ、このプロセスが繰り返される。 However, in an embodiment of the presented method, can achieve significantly better soot removal results than conventional NO 2 based regeneration techniques have increased over NO 2 efficiently 0.52gC / gNO 2 is active the reaction temperature Only by raising it. This method enables even higher NO 2 effectively many times than 0.52gC / gNO 2. This is achieved by increasing the NO 2 soot removal capability for the purpose of enhancing the effective NO 2 supply (not necessarily the equilibrium limited NO 2 supply). A mechanism for increasing the NO 2 soot removal capability is a NO recirculation mechanism. In a catalytic DPF given a sufficiently long residence time and a sufficiently high temperature, NO 2 molecules that react with the soot and generate NO molecules are recycled to NO 2 , which is involved in another soot oxidation action The inventors recognize that this is done. The process is repeated as many times as possible due to residence time, kinetic kinetics of the soot oxidation and NO oxidation reactions, soot effectiveness, oxygen effectiveness, and catalyst effectiveness.

測定基準となる「NO効率」は、提供されるモルNOごとに除去されるモルCについても定義されることに注意すべきである。しかし、NO効率はここでは主として、従来の受動的NO利用再生の性能を、有効NO供給強化の能動的NO利用再生と比較するための測定基準として使用されるため、gC/gNOに関してまたはモルC/モルNOに関して表されるかどうかは、現時点では重要であるとは考えられない。従来の受動的NO利用再生中には、NOの再循環が行われるのは当然であるが、再循環の量は、有効NO供給強化の能動的NO利用再生を介して達成されるものよりかなり低いだろうということに言及しておく。 It should be noted that the metric “NO 2 efficiency” is also defined for mole C removed for each mole NO 2 provided. However, since NO 2 efficiency is mainly used here as a metric to compare the performance of conventional passive NO 2 utilization regeneration with active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply, gC / gNO Whether expressed in terms of 2 or in terms of mole C / mole NO 2 is not considered important at this time. Of course, during conventional passive NO 2 regeneration, NO recirculation occurs, but the amount of recirculation is achieved through active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply. Note that it will be considerably lower than the one.

さらに、NO効率の測定基準は、触媒剤がDPFの上流に設けられた場合に触媒剤が有効触媒剤であると仮定したものである。有効触媒剤は、実質的には該当するガスの条件にとって可能な最高平衡レベルまでNOレベルを上昇させるものであると考えられる。他の仮定では、従来の受動的NO利用再生中に、効果的でない上流の触媒剤が低レベルのNOを伝達し、DPFの再生がたいていはDPFにおけるNOからNOへの転換の関数であって、本発明の態様による煤煙除去効果を達成することなく高いNO効率を示すという危険が生じる。ここに記すモデルおよび例は、上流の触媒剤が効果的な触媒剤であると仮定している。なんらかのシステム、つまり効果的な上流の触媒剤を含むもの、効果的でない上流の触媒剤を含むもの、触媒剤を含まないものについては、平衡制限的なNO供給は、煤煙が存在しないDPFの場合のように、NOが煤煙酸化反応に関与しない時にDPFを通過したNOの量を指すとも考えられる。 Furthermore, the NO 2 efficiency metric is based on the assumption that the catalyst agent is an effective catalyst agent when the catalyst agent is provided upstream of the DPF. Effective catalyst agents are believed to raise the NO 2 level substantially to the highest equilibrium level possible for the gas conditions of interest. Another assumption is that during conventional passive NO 2 regeneration, ineffective upstream catalyst agents transmit low levels of NO 2 , and DPF regeneration is usually a function of NO to NO 2 conversion in the DPF. However, there is a danger of exhibiting high NO 2 efficiency without achieving the smoke removal effect according to aspects of the present invention. The models and examples described here assume that the upstream catalyst agent is an effective catalyst agent. For some systems, ie, those that contain an effective upstream catalyst, those that contain an ineffective upstream catalyst, and those that do not contain a catalyst, the equilibrium-restricted NO 2 supply provides a DPF with no soot. As is the case, it is also considered to refer to the amount of NO 2 that has passed through the DPF when NO 2 is not involved in the soot oxidation reaction.

温度を能動的に上昇させることにより(そして可能な滞留時間である限り)、提案の方法では、NO再循環機構により提供される長所を最大化しようとする。滞留時間を延長する様々な方法によりいくらかの効果が達成されるが、従来の駆動系機構では、エンジン動作ポイント(速度および負荷)によりこれが大きく左右され、そのため滞留時間を短縮する可能性が制限される。NO分子が再循環される回数を最大化することは、主として、反応物の熱管理によりNO酸化反応の運動項を増加させることによって達成されるだろう。NO再循環の回数は、平衡制限的なNO供給量が低下するよりも速く温度とともに増加するため、平衡制限的NO供給量が減少しても有効NO供給量が増加する。 By actively raising the temperature (and as long as possible residence time), the proposed method seeks to maximize the advantages provided by the NO recirculation mechanism. Although some effect is achieved by various methods of extending the dwell time, in conventional drive train mechanisms this is greatly influenced by the engine operating point (speed and load), thus limiting the possibility of shortening the dwell time. The Maximizing the number of NO 2 molecules is recycled will mainly be achieved by increasing the kinetic term of the NO oxidation reaction by thermal management of the reactants. Number of NO recirculation, since the equilibrium limiting NO 2 supply amount increases with higher temperature than the drops, the equilibrium limited NO 2 supply amount effective NO 2 supplied amount decreases increases.

実際には、有効NO供給強化の能動的NO利用再生の最適温度は一般的に、許容範囲の最高温度であろう。この最高温度は、たいていはシステムごとに変化する、制御不能なO利用再生が発生する温度、つまり部品温度リミットからの許容安全マージンなどを含む温度でよい。しかし、動作条件が、NO再循環の実際的な最大リミットが所与の温度で達成されるようなものである場合には、さらに温度が上昇すると実際に有効NO供給を減少させるだろう。NO再循環の実際的な最大リミットは、DPF設計およびDPF壁の物理的特徴などの要因に影響される。DPF温度の上昇に使用される方法が再生性能に影響することにも注意すること。すなわち、触媒作用燃焼システムを含む炭化水素(HC)を燃焼させるシステムについては、DPFへの過剰なHCスリップはNO再循環プロセスにマイナスの影響を与える。この場合、DPF温度の上昇の結果、DPFへのHCスリップがかなり上昇する動作条件では、再生性能はマイナスの影響を受ける。 In practice, the optimum temperature for active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply will generally be the highest temperature allowed. This maximum temperature may be a temperature including an uncontrollable O 2 utilization regeneration that changes from system to system, that is, a temperature including an allowable safety margin from a component temperature limit. However, operating conditions, NO if maximum practical limit for the recirculation is such as is achieved at a given temperature, will reduce the actual effective NO 2 supplied further temperature increases. The practical maximum limit of NO recirculation is affected by factors such as DPF design and DPF wall physical characteristics. Also note that the method used to raise the DPF temperature affects the regeneration performance. That is, for systems that burn hydrocarbons (HC), including catalytic combustion systems, excess HC slip to the DPF negatively impacts the NO recirculation process. In this case, the regeneration performance is negatively affected under operating conditions in which the HC slip to the DPF increases considerably as a result of the increase in the DPF temperature.

他の制約により制限されなければ、許容可能な最高温度は、非制御O利用再生を開始させる温度に近づくが、これからの適切な安全マージンは維持する。非制御O利用再生を作動させるのに必要な温度は、触媒の特徴および煤煙密度の上昇の関数として低下する。実際には、非制御O利用再生が開始されないことと、有効NO供給強化の非常に効果的な能動的NO利用再生が達成されることの両方を保証するため、約550℃以下または約500℃以下のDPF入口温度が使用されている。非制御O利用再生が開始されない限り、煤煙除去結果を向上させる高い温度が使用されてもよい。必要であれば、煤煙酸化性能の低下が観察されるが、低い温度が使用されてもよい。 Unless limited by other constraints, the maximum allowable temperature approaches the temperature at which uncontrolled O 2 utilization regeneration begins, but maintains an appropriate safety margin in the future. The temperature required to operate the uncontrolled O 2 utilization regeneration decreases as a function of catalyst characteristics and soot density increase. In practice, to ensure that both uncontrolled O 2 utilization regeneration is not initiated and highly effective active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply is achieved, A DPF inlet temperature of about 500 ° C. or less is used. As long as uncontrolled O 2 utilization regeneration is not initiated, a higher temperature that improves the soot removal result may be used. If necessary, a decrease in soot oxidation performance is observed, but lower temperatures may be used.

通常、本発明の態様による方法を適用する時には、入力NOxの流れが最適な形で増加すると煤煙酸化が最大化する。そのため、許容可能な最大NOx流に課せられる制約は、煤煙除去性能、つまり所与の開始時煤煙捕集量から所与の終了時煤煙捕集量までDPFを再生するのにどれだけの時間が必要か、を低下させる。しかし、入力NOxの量はNO再循環機構に重大な影響を与えないため、入力NOx量の減少はNOx効率を大きく低下させない。概念的に述べると、NOx流全体の減少は有効NO供給流を減少させるが、NO反応物の煤煙除去能力を低下させることはない。これは、所与の煤煙量を再生するにはほぼ同じNOx総量が必要とされ、長い再生事象を単純に必要とすることを意味する。そのため、本発明の態様を用いて所与の煤煙量を再生するのにエンジンから必要とされるNOx量全体は、従来のNO利用再生事象に必要とされるものよりかなり少ない。 Typically, when applying the method according to aspects of the present invention, soot oxidation is maximized when the input NOx flow is optimally increased. Therefore, the constraint imposed on the maximum allowable NOx flow is the soot removal performance, ie, how long it takes to regenerate the DPF from a given start smoke collection amount to a given end smoke collection amount. Decrease or need. However, since the amount of input NOx does not have a significant effect on the NO recirculation mechanism, the decrease in the amount of input NOx does not significantly reduce the NOx efficiency. Conceptually speaking, a decrease in overall NOx flow reduces the effective NO 2 feed stream, does not decrease the soot removal capacity of the NO 2 reactants. This means that approximately the same total amount of NOx is required to regenerate a given amount of smoke, and simply requires a long regeneration event. Therefore, the entire amount of NOx required from the engine to regenerate a given soot quantity with aspects of the present invention is significantly less than that required for conventional NO 2 based regeneration event.

反応物温度を能動的に上昇させるために付加的エネルギーが消費されなければならないことに注意すべきである。そのため、有効NO供給強化の低コストの能動的NO利用再生は、最小の時間量(つまり許容可能な最高温度、可能な最長滞留時間、許容可能な最高入力NOx量)で終了する再生である。有効NO供給強化の能動的NO利用再生の再生性能は、許容可能な最高シリンダ圧力などの基本的なエンジン制約により、多量のNOxを発生させる能力において制限を受ける。同様に、有効NO供給強化の能動的NO利用再生を開始させる能力は、最低触媒温度を必要とするDOCシステムなど、反応物温度を能動的に調整する能力によって制限される。 Note that additional energy must be consumed to actively increase the reactant temperature. Therefore, low-cost active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply is regeneration that ends with a minimum amount of time (ie, maximum allowable temperature, maximum allowable dwell time, maximum allowable input NOx amount). is there. The regeneration performance of active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply is limited in its ability to generate large amounts of NOx due to basic engine constraints such as the highest allowable cylinder pressure. Similarly, the ability to initiate the active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supply enhancement, such as DOC system requiring a minimum catalyst temperature is limited by actively ability to adjust the reaction temperature.

SCRなどのNOx後処理装置は、この方法の実行に必要ではないが、DPFから出る高いNOxレベルの完全または部分的な低下を可能にするだろう。NOx発生は(質量流量の操作とともに)、エンジン制御(噴射タイミング、噴射圧力、ターボチャージャベーン位置、EGRバルブ位置を含む)を通して達成される。有効NO供給強化の能動的NO利用再生中の最適な(または許容可能な最高の)NOx発生、排気ガス温度、そしてDPF滞留時間のために考案された代替的な制御戦略が、ECUにより実行および開始される。後処理炭化水素噴射器は、DOCの上流に燃料を噴射する。噴射された燃料はDOCにおいて酸化されて排気ガス温度を上昇させることで、DPFと捕捉された煤煙との温度を上昇させる。さらにDOCは、入力されたNOx量からNO供給を発生させる。DOCで発生されるNO量が次にDPFに送られ、ここで上記の方法および機構にしたがって煤煙酸化が実行される。 A NOx aftertreatment device such as an SCR is not required to perform this method, but will allow full or partial reduction of high NOx levels exiting the DPF. NOx generation (along with mass flow manipulation) is achieved through engine control (including injection timing, injection pressure, turbocharger vane position, EGR valve position). Valid NO optimum (or highest allowable) of 2 supply active NO 2 in use play in strengthening NOx generation, exhaust gas temperature, and the alternative control strategy devised for DPF residence time, the ECU Executed and started. The aftertreatment hydrocarbon injector injects fuel upstream of the DOC. The injected fuel is oxidized in the DOC to raise the exhaust gas temperature, thereby raising the temperature of the DPF and the trapped soot. Further, the DOC generates NO 2 supply from the input NOx amount. The amount of NO 2 generated in the DOC is then sent to the DPF, where soot oxidation is performed according to the method and mechanism described above.

DOC内でNO分子からNOが一度に生成されることが観察されるはずである。しかし図1に図示されているように、NO再循環機構により、触媒作用DPF内で数回にわたってNOがNO分子から再生成されてもよい。本発明の態様では、有効なNOの発生の大半がDPF内で行われるため、DOCは必要ない。そのため、バーナシステム、電気加熱システム、マイクロ波システムなど、反応物温度を能動的に調整することがさらに可能な触媒作用DPFを備えるシステムが、本方法の実行に使用されるのである。コンセプトおよび方法を説明および記載するのに使用される図のシステムは、この方法が実行されるすべてのシステムを代表するためのものではない。 It should be observed that NO 2 is generated from NO molecules at once in the DOC. However, as illustrated in FIG. 1, NO 2 may be regenerated from NO molecules several times within the catalytic DPF by the NO recirculation mechanism. In aspects of the present invention, DOC is not required because most of the effective NO 2 generation occurs in the DPF. Therefore, a system with a catalytic DPF that can further actively adjust the reactant temperature, such as a burner system, an electrical heating system, a microwave system, etc., is used to perform the method. The illustrated system used to describe and describe the concepts and methods is not intended to be representative of all systems in which the methods are implemented.

触媒技術分野の現状では、ディーゼルエンジンの所定の高排気温度動作期間での従来のNO利用再生を可能にするが、能動的O利用再生について実証されたものよりは効果が低い。そのため、多くの用途では、従来のNO利用再生のみに頼るだけでは、必要な煤煙除去レベルを満たすのに充分でなく、能動的O利用再生と、能動的O利用および従来のNO利用再生との組合せのいずれかが採用されている。しかし、発熱および反応速度が制御されるというO/煤煙反応の性質のため、制御不能なO利用再生を回避するための制約が必要とされる。すなわち、最少の排気質量流量および最大の許容可能DPF煤煙捕集量という要件が維持されなければならないのである。最少排気質量流量の制約は、実際に実行される時に不完全な再生が発生する可能性を高める。最大DPF煤煙捕集量は、DPF再生がどれほどの頻度で必要とされるかなどを決定するだろう。 The current state of the art of catalyst technology allows the regeneration of conventional NO 2 utilization during a predetermined high exhaust temperature operation period of a diesel engine, but is less effective than that demonstrated for active O 2 utilization regeneration. Thus, in many applications, relying solely on conventional NO 2 utilization regeneration is not sufficient to meet the required smoke removal level, and active O 2 utilization regeneration, active O 2 utilization and conventional NO 2 utilization. One of the combinations with use reproduction is adopted. However, due to the nature of the O 2 / smoke reaction where the exotherm and reaction rate are controlled, constraints are needed to avoid uncontrolled O 2 utilization regeneration. That is, the requirements of minimum exhaust mass flow rate and maximum allowable DPF soot collection must be maintained. The minimum exhaust mass flow restriction increases the likelihood that incomplete regeneration will occur when actually performed. The maximum DPF soot collection will determine how often DPF regeneration is required.

有効NO供給強化の能動的NO利用再生方法の拡散制限という性質により、制御不能なNO煤煙酸化反応は発生しない。本発明の態様により、非制御O利用再生を開始させることが可能である。しかし、有効NO供給強化の能動的NO利用再生の方法および装置の態様により、排気質量流量の制約が軽減される。同様に、本発明の態様により、非制御O利用再生を開始させるのに必要なDPF煤煙密度が著しく上昇する。高い許容可能DPF煤煙捕集レベルのため、あまり頻繁に再生をしなくてよい。ある用途では、許容可能DPF煤煙捕集レベルが高いので、最高DPF煤煙捕集レベルより低いがO利用再生システムで可能であるものよりは高い平衡煤煙捕集レベルに達する結果となる。そのため、正常な状況でのこれらの用途では、能動的再生が必要ではない。しかし、異常な作業、部品の故障、または他の原因のためDPF捕集が予想の平衡状態を超えて上昇し続ける場合にも、有効NO供給強化の能動的NO利用再生によって、O利用再生では可能ではない安全な再生が可能である。 Due to the diffusion limiting nature of the active NO 2 utilization regeneration method with enhanced effective NO 2 supply, an uncontrollable NO 2 soot oxidation reaction does not occur. According to the aspect of the present invention, it is possible to start non-controlled O 2 utilization regeneration. However, the exhaust mass flow constraints are reduced by aspects of the method and apparatus for active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply. Similarly, aspects of the present invention significantly increase the DPF soot density required to initiate uncontrolled O 2 utilization regeneration. Due to the high acceptable DPF soot collection level, regeneration is not required too often. In certain applications, the acceptable DPF soot collection level is high, resulting in an equilibrium soot collection level that is lower than the highest DPF soot collection level but higher than that possible with an O 2 utilizing regeneration system. Thus, active regeneration is not necessary for these applications in normal situations. However, even if DPF collection continues to rise beyond the expected equilibrium due to abnormal work, component failure, or other causes, active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply will provide O 2 recovery. Safe playback that is not possible with use playback is possible.

さらに、有効NO供給強化の能動的NO利用再生は、同等の効果を持つO利用再生よりもかなり低い温度を達成でき、これにより関連の排気後処理装置へのマイナスの性能影響および故障の可能性を低下させる。これは、SCRなど、煤煙濾過再生システムの下流の部品を含むだろう。 Furthermore, effective NO 2 supplied reinforcing active NO 2 based regeneration of may achieve a temperature much lower than the O 2 based regeneration with equivalent effect, thereby negatively performance impact and failure to the associated exhaust post-treatment device Reduce the possibility of This would include downstream components of the soot filtration regeneration system, such as the SCR.

図3Aは、従来のNO利用再生の例と有効NO供給強化の能動的NO利用再生の例とをグラフで示している。例1および2は従来のNO方法を用いた再生結果を示すのに対して、例3Aおよび3Bは、本発明の態様を用いた再生結果を示す。図3Aにグラフで示された再生の事象時間合計が、図3Bの表に示されている。これらの再生の事象時間合計は試験システムの暖機に費やされた時間を含んでおり、ゆえに下の表1に示されたNOxおよびNO効率は、正常な再生条件に達した後の期間のみについてNOxおよびNOの量が測定された場合よりもおそらくわずかに低い。しかし、暖機期間が含まれない場合には、例1および2の従来NO利用再生と例3Aおよび3Bの有効NO供給強化の能動的NO利用再生との間の差はさらに劇的に好ましいものとなると予想される。 FIG. 3A graphically illustrates an example of conventional NO 2 utilization regeneration and an example of active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply. Examples 1 and 2 show regeneration results using the conventional NO 2 method, while Examples 3A and 3B show regeneration results using aspects of the present invention. The total event time for regeneration shown graphically in FIG. 3A is shown in the table of FIG. 3B. The total event time for these regenerations includes the time spent warming up the test system, so the NOx and NO 2 efficiencies shown in Table 1 below are the time periods after normal regeneration conditions are reached. perhaps slightly lower than when the amount of NOx and NO 2 were measured for only. However, if the warm-up period is not included, the difference between the conventional NO 2 utilization regeneration of Examples 1 and 2 and the active NO 2 utilization regeneration of enhanced effective NO 2 supply of Examples 3A and 3B is even more dramatic. It is expected to be preferable.

例1,2,3Aおよび3Bで説明される試験はすべてエンジン動力計で実施され、エンジンは同じエンジン速度およびブレーキトルクで作動した。また各試験に同じ機器が使用された。エンジンはUS2010 Volvo MD11L B−Phase大型ディーゼルエンジンであり、排気後処理システムはVolvo US2010 MD11用のFleetguard B−Phase DOCおよびDPFであった。DOCおよびDPFは貴金属酸化触媒を含んでおり、使用された加熱機構はDOCへのHC噴射であった。   All of the tests described in Examples 1, 2, 3A and 3B were performed with an engine dynamometer and the engine operated at the same engine speed and brake torque. The same equipment was used for each test. The engine was a US2010 Volvo MD11L B-Phase large diesel engine, and the exhaust aftertreatment system was a Fretguard B-Phase DOC and DPF for Volvo US2010 MD11. DOC and DPF contained a noble metal oxidation catalyst and the heating mechanism used was HC injection into the DOC.

試験方法は、煤煙捕集量測定について以下のように行われた。DPFで捕集を行う所定の煤煙捕集ルーチンでエンジンが作動した。吸湿による誤差を回避するためDPFは高温で計量され、開始時煤煙捕集量が計算された。DPFが再度設置され、測定時間長にわたって所望の再生方法が実施された。再生の直後に、高温重量が記録され、新たな煤煙捕集量が計算され、煤煙捕集量の変化が判断された。この時点で、例1および2について、1回か2回の付加的再生がそれぞれ実施され、各再生後の新たな煤煙捕集量が測定された。所望の回数の再生が終了すると、効果の高い方法を用いて延長時間にわたってDPFが再生された。   The test method was performed as follows for measuring the amount of smoke collected. The engine was operated in a predetermined soot collection routine for collecting with DPF. To avoid errors due to moisture absorption, the DPF was weighed at a high temperature and the starting smoke collection was calculated. The DPF was installed again and the desired regeneration method was implemented over the measurement time length. Immediately after regeneration, the high temperature weight was recorded, a new amount of smoke collected was calculated, and changes in the amount of smoke collected were judged. At this point, one or two additional regenerations were performed for Examples 1 and 2, respectively, and a new amount of smoke collected after each regeneration was measured. When the desired number of regenerations were completed, the DPF was regenerated over an extended period of time using a highly effective method.

表1は、四つの例の主要統計の要約、つまり除去された煤煙質量、蓄積されたNOxおよびNO、計算されたNOxおよびNO効率、消費燃料合計を示す。NOxおよびNO効率計算に使用される蓄積NOxおよびNOの量を判断するため、DPF入口におけるNOxおよびNOの総和が求められた。蓄積されたNOを判断するため、ここではNOパーセントと呼ばれるNOxに対するNOの百分率を決定するように、DOCのNO転換効率のモデルがすべての例について作成された。さらに、例3Aおよび3Bの条件を繰り返した試験では、例3Aおよび3Bで達成された不測の結果を確認するためNOが測定された。

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Table 1 shows a summary of key statistics four examples, i.e. removed soot mass, the stored NOx and NO 2, calculated NOx and NO 2 efficiency, fuel consumption total. To determine the amount of accumulated NOx and NO 2 is used in NOx and NO 2 efficiency calculation, the sum of NOx and NO 2 in the DPF inlet was sought. In order to determine the accumulated NO 2 , a model of DOC's NO 2 conversion efficiency was created for all examples to determine the percentage of NO 2 to NO x, referred to herein as NO 2 percent. In addition, in tests where the conditions of Examples 3A and 3B were repeated, NO 2 was measured to confirm the unexpected results achieved in Examples 3A and 3B.
Figure 0006325483

例1および2では、NOx発生を増加させるため、そしてHC噴射の補助なしで排気ガス温度をできる限り上昇させるため、エンジンが較正された。NOx発生と排気ガス温度との間にはトレードオフが存在する。例1では、より高い排気ガス温度のためにトレードオフが行われたのに対して、例2ではより高いNOx質量流量のためにバイアスが加えられた。結果的に得られた例1および2のDPF入口温度はおよそ350〜390℃の範囲であり、平均DPF温度はおよそ325〜375℃であった。   In Examples 1 and 2, the engine was calibrated to increase NOx generation and to raise the exhaust gas temperature as much as possible without the aid of HC injection. There is a trade-off between NOx generation and exhaust gas temperature. In Example 1, a trade-off was made for a higher exhaust gas temperature, whereas in Example 2 a bias was applied for a higher NOx mass flow. The resulting DPF inlet temperatures for Examples 1 and 2 were in the range of approximately 350-390 ° C, and the average DPF temperature was approximately 325-375 ° C.

これらの平均DPF温度は、典型的なデューティサイクルの少なくとも一部での運転中、典型的な受動的NO利用再生で見られるものに近づく。分析がより容易な定常状態試験を行うため、従来の方法と有効NO供給強化の能動的NO利用再生との間の適正な比較を表す例であると考えられる。 These average DPF temperature during typical operation in at least a portion of the duty cycle, closer to those found in a typical passive NO 2 based regeneration. In order to conduct a steady state test that is easier to analyze, it is considered to be an example that represents a reasonable comparison between a conventional method and active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply.

例3Aおよび3Bは、有効NO供給強化の能動的NO利用再生が二つの異なる再生時間で実施されたことを示す。例3Aおよび3Bでは、例2よりもNOxをさらに上昇させるようにエンジンが較正された。さらに、DPF入口温度をおよそ490℃に制御するためDOCに対するHC噴射が用いられ、その結果、平均DPF温度はおよそ470℃となった。ここで従来技術と呼ばれるものによる再生(例1および2)は、有効NO供給強化の能動的NO利用再生(例3Aおよび3B)よりも時間がかかる傾向があることが、例1,2,3A,3Bの比較から分かる。また、有効NO供給強化の能動的NO利用再生のNOx効率およびNO効率が、従来技術のNOx効率およびNO効率よりもかなり高くなる傾向がある。 Examples 3A and 3B show that active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply was performed at two different regeneration times. In Examples 3A and 3B, the engine was calibrated to further increase NOx over Example 2. In addition, HC injection to the DOC was used to control the DPF inlet temperature to approximately 490 ° C, resulting in an average DPF temperature of approximately 470 ° C. Regeneration (examples 1 and 2) by what is referred to herein as prior art tends to take more time than active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply (examples 3A and 3B). , 3A, 3B. Further, NOx efficiency and the NO 2 efficiency of active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supplied reinforcing tends to considerably higher than NOx efficiency and the NO 2 efficiency of the conventional art.

ディーゼルエンジン23に関して特に有益な排気後処理システム(EATS)21が図4に示されている。EATS21は、ディーゼルエンジン23の下流のディーゼル微粒子フィルタ(DPF)25を包含する。DPF25は、エンジン23から排気ガス流を受け取るように構成されている。   A particularly useful exhaust aftertreatment system (EATS) 21 with respect to the diesel engine 23 is shown in FIG. The EATS 21 includes a diesel particulate filter (DPF) 25 downstream of the diesel engine 23. The DPF 25 is configured to receive an exhaust gas flow from the engine 23.

有効NO供給強化の能動的NO利用再生を実施するため、ディーゼルエンジン構成は、NOx含有ガスを触媒作用DPF25へ導入するように構成されたディーゼルエンジン23を包含する。NOx含有ガスの質量流量は、可変バルブタイミング、シリンダ作動停止、または従来とは異なる駆動系機構の使用など、適当な方法で制御されるとよい。有効NO供給強化の能動的NO利用再生では、通常は、DPFの上流のエンジンシリンダでの局所的火炎温度を調節することにより、DPF25の入口でのNOxレベルが制御される。また、DPF25、NOx含有ガス、および/またはDPF内の煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように加熱機構47が構成されている。NOx含有ガスが触媒と反応してNO分子を生成し、その後で煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成して、0.52gC/gNOより高い、より好ましくは約1.04gC/gNOより高いNO効率を達成するように温度を制御することにより、加熱機構を制御して、有効NO供給強化の能動的NO利用再生を補助するように、制御装置53が構成されている。 In order to implement active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply, the diesel engine configuration includes a diesel engine 23 configured to introduce NOx-containing gas into the catalytic DPF 25. The mass flow rate of the NOx-containing gas may be controlled by an appropriate method such as variable valve timing, cylinder operation stop, or use of a drive system mechanism different from the conventional one. In an active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supply reinforced, usually, by adjusting the local flame temperature in the upstream of the engine cylinders of DPF, NOx levels at the inlet of the DPF25 is controlled. Further, the heating mechanism 47 is configured to control the temperature of at least one of the DPF 25, the NOx-containing gas, and / or the smoke in the DPF. NOx-containing gas reacts with the catalyst to generate NO 2 molecules to generate then react with soot particles CO, CO 2, NO molecules higher than 0.52gC / gNO 2, more preferably about 1 by controlling the temperature so as to achieve a high NO 2 efficiently than .04gC / gNO 2, by controlling the heating mechanism, to assist the active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supply reinforced, the controller 53 Is configured.

加熱機構47は、DPFの上流でディーゼルエンジン排気流に炭化水素を噴射することによりDPF25とNOx含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するように構成された炭化水素噴射機構を包含する。加熱機構は、炭化水素と反応して、排気ガス温度を上昇させる、および/または、NOからNOへの転換を促進するため、DPFの上流のDPF25またはDOC43などの触媒を包含する。加熱機構47は、炭化水素を燃焼させるためのバーナを包含する。加熱機構47は、煤煙を加熱するための電気加熱機構またはマイクロ波機構など、NOx含有ガス流の代わりにDPF25を加熱するタイプのものでよい。 The heating mechanism 47 includes a hydrocarbon injection mechanism configured to control the temperature of at least one of the DPF 25 and the NOx-containing gas by injecting hydrocarbons into the diesel engine exhaust stream upstream of the DPF. The heating mechanism includes a catalyst such as DPF 25 or DOC 43 upstream of the DPF to react with hydrocarbons to increase the exhaust gas temperature and / or to facilitate the conversion of NO to NO 2 . The heating mechanism 47 includes a burner for burning hydrocarbons. The heating mechanism 47 may be of a type that heats the DPF 25 instead of the NOx-containing gas flow, such as an electric heating mechanism or a microwave mechanism for heating the smoke.

通常はDPF25の下流のポイント31から通常はDPFの上流のポイント33まで再循環されるNOおよび/またはNOまたはその両方を含むガスの再循環を可能にするため、導管29が設けられている。受動的または能動的な従来のNO利用再生の間およびO利用再生の間ばかりでなく、有効NO供給強化の能動的NO利用再生の間に、NOおよび/またはNOを再循環させることが有益である。DPF25についての「DPFの下流」および「DPFの上流」という表現は、DPFの実質的部分の下流または上流であるDPF上のポイント、つまり導管29がDPFの入口の下流の第1ポイントにおよび第1ポイントの下流の別のポイントに接続するように導管がDPF上の一つ以上のポイントに直接接続するという構成ばかりでなく、ポイント31および33がDPFから離間している構成を含むものとする。DOCなどの酸化触媒がDPFの上流(DOC43)または下流(DOC2 43’)に設けられて、上流の酸化触媒の入口とDPFの出口との間のポイントなどから分岐ポイントの上流のポイントまで再循環が行われるなど、他の構成も可能である。再循環の分岐が、DPFの下流の酸化触媒DOC2 43’からである場合には、再循環はDPFの出口の上流のポイントまでである。理論上、少なくとも一部のNOx(NO、Oと反応してNOを生成するにはNO、および/またはその両方)が再循環されるように、酸化触媒(設けられる場合)またはDPFの入口の下流の分岐ポイントから分岐ポイントの上流のポイントまで再循環が行われればよい。 A conduit 29 is provided to allow recirculation of gas containing NO and / or NO 2 or both, usually recirculated from point 31 downstream of DPF 25 to point 33 normally upstream of DPF. . NO and / or NO 2 is recirculated during passive or active conventional NO 2 utilization regeneration and O 2 utilization regeneration, as well as during active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply. It is beneficial to let The expressions “downstream of DPF” and “upstream of DPF” for DPF 25 refer to points on the DPF that are downstream or upstream of a substantial portion of the DPF, that is, the conduit 29 reaches the first point downstream of the DPF inlet. It is intended to include configurations where points 31 and 33 are spaced from the DPF, as well as configurations where the conduit connects directly to one or more points on the DPF to connect to another point downstream of one point. An oxidation catalyst such as DOC is provided upstream (DOC43) or downstream (DOC2 43 ′) of the DPF, and recirculated from a point between the upstream oxidation catalyst inlet and the DPF outlet to a point upstream of the branch point. Other configurations are possible, such as If the recirculation branch is from the oxidation catalyst DOC2 43 ′ downstream of the DPF, the recirculation is to a point upstream of the DPF outlet. In theory, such that at least a portion of NOx (and / or both NO, to generate NO 2, O 2 reacts with NO 2) is recycled, an oxidation catalyst (if provided) or DPF The recirculation may be performed from the branch point downstream of the entrance to the point upstream of the branch point.

再循環したNOをOと反応させてNOを生成するように反応領域が構成されるとよい。反応領域は、空気またはO(以下、「空気/O」と呼ばれる)が噴射され再循環NOと混合されてNOを生成するポイント35を含む領域37を包含する。反応領域は、触媒の存在下で再循環NOがOと反応してNOを生成する領域を付加的または代替的に包含する。触媒の存在下で再循環NOがOと反応する領域は、触媒がDPFにある領域39であるが、触媒の存在下で再循環NOがOと反応する領域は、DPFの上流のディーゼル酸化触媒(DOC)43を触媒が包含する領域41である。反応領域は、反応領域37,39,41のうちの一つ以上に加えて、NOがOと反応する他の領域を包含し、これらの領域を設ける目的は、ただNOとOとの反応を促進してNOを生成することである。 The reaction zone may be configured to react the recycled NO with O 2 to produce NO 2 . The reaction region includes a region 37 that includes a point 35 where air or O 2 (hereinafter referred to as “air / O 2 ”) is injected and mixed with recirculated NO to produce NO 2 . The reaction region may additionally or alternatively include regions recirculation NO to generate NO 2 reacts with O 2 in the presence of a catalyst. The region where the recycled NO reacts with O 2 in the presence of the catalyst is the region 39 where the catalyst is in the DPF, but the region where the recycled NO reacts with O 2 in the presence of the catalyst is the diesel upstream of the DPF. This is a region 41 where the catalyst includes an oxidation catalyst (DOC) 43. The reaction zone includes, in addition to one or more of the reaction zones 37, 39, 41, other zones in which NO reacts with O 2, and the purpose of providing these zones is simply the NO and O 2 . reaction to promote and to generate NO 2.

空気/Oは、DPF25の下流および下流のDOC2 43’の上流に噴射される。これは例えば、NOがDPF25へ再循環されるようにDOC2 43’においてNOからNOへの転換を促進するのに有益である。再生を強化する目的で、排気後処理システムの何らかの箇所に空気/Oが噴射されてもよい。 Air / O 2 is injected downstream of the DPF 25 and upstream of the downstream DOC2 43 ′. This is useful, for example, in facilitating the conversion of NO to NO 2 in DOC2 43 ′ so that NO 2 is recycled to DPF 25. For the purpose of enhancing regeneration, air / O 2 may be injected at some point in the exhaust aftertreatment system.

NOの再循環、または再循環NOからNOを生成した後にNOを用いて煤煙を酸化してCO、CO、NOを生成してからNOをNOに再循環させて、少なくともさらに1回の煤煙酸化反応を終了させてDPF25を再生することは、「再循環NOxを用いた有効NO供給強化の(DPFの)能動的NO利用再生」と呼ばれるものとする。NOxを再循環させる方法は、再生効果を高めるばかりでなく、調整後にシステムから出るNOxを増加させずにこれを行う。触媒作用DPFにおけるNO滞留時間を増加させるためなど、このDPFでのNO再循環とNOx再循環の両方が一緒に有効に使用されることが考えられる。有効NO供給強化の能動的NO利用再生(触媒作用DPFを含まなければならず、NOx再循環を伴う必要はない)と、再循環NOxを用いたNO利用再生(触媒作用DPFを伴う必要はない)の両方は、反応速度制限と拡散制限との間の均衡点に近づこうとする従来のNO利用再生と対照的である。有効NO供給強化の能動的NO利用再生と、再循環NOxを用いたNO利用再生の両方も、実質的にすべての煤煙がOとの反応により除去されて、従来のNO利用再生、有効NO供給強化の能動的NO利用再生、または再循環NOxを用いるNO利用再生よりもかなり高い温度(触媒作用DPFについては約600℃から約625℃、触媒作用のないDPFについては660℃まで、また時には660℃を超える)で一般的に実施される能動的O利用再生と対照的である。能動的O利用再生はまた、後処理炭化水素噴射器などの加熱機構47など、DPFの入口45での排気流の加熱を一般的に伴う。 NO 2 is recirculated, or NO 2 is generated from the recirculated NO and then NO 2 is used to oxidize the soot to produce CO, CO 2 , NO and then recycle NO to NO 2 at least further The regeneration of the DPF 25 by terminating one smoke oxidation reaction is referred to as “active NO 2 utilization regeneration (for DPF) with enhanced effective NO 2 supply using recirculated NOx”. The method of recirculating NOx not only enhances the regeneration effect, but also does this without increasing the NOx exiting the system after adjustment. It is conceivable that both NO recirculation and NOx recirculation in this DPF are effectively used together, such as to increase the NO residence time in the catalytic DPF. (Must include catalyzed DPF, it is not necessary with the NOx recirculation) active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supplied reinforcing accompanied with the NO 2 based regeneration (catalyzed DPF with recirculation NOx Both are in contrast to traditional NO 2 utilization regeneration which seeks to approach the equilibrium point between reaction rate limitation and diffusion limitation. Enable NO 2 and supply an active NO 2 based regeneration of reinforcement, both of NO 2 based regeneration using recirculated NOx is also substantially all of the soot is removed by reaction with O 2, the conventional NO 2 Use reproduction, active nO 2 use of effective nO 2 supplied reinforcing playback, or rather high temperatures (about 600 ° C. to about 625 ° C. for catalysis DPF than nO 2 based regeneration using recirculated NOx, for no catalytic DPF In contrast to the active O 2 utilization regeneration commonly performed at 660 ° C. and sometimes above 660 ° C.). Active O 2 utilization regeneration also generally involves heating the exhaust stream at the DPF inlet 45, such as a heating mechanism 47 such as a post-treatment hydrocarbon injector.

NOx排出物を削減するため、選択的触媒還元後処理装置(SCR)49などのNOx後処理装置がDPF25の下流に設けられるとよい。空気/Oが噴射される反応領域37は、DPF25の下流とSCR49の上流に配置されてもよいが、通常は、DPFと、設けられるならばDOC43との上流に配置される。しかし状況によっては、DPF25の下流に空気/Oを噴射することが有益であるかもしれない。あるいは空気/Oの噴射ポイント35がDOC43(設けられるならば)の下流であってもよい。再循環NOxを用いたNO利用再生のために、導管を再循環したガスが、再循環NOと反応してNOを生成する噴射空気/Oの少なくとも一部を含むように、導管29、より詳しくはDPF25の下流にある導管のポイント31が、空気/Oが噴射される領域51の下流に配置されてもよい。 In order to reduce NOx emissions, a NOx aftertreatment device such as a selective catalytic reduction aftertreatment device (SCR) 49 may be provided downstream of the DPF 25. The reaction region 37 into which air / O 2 is injected may be arranged downstream of the DPF 25 and upstream of the SCR 49, but is usually arranged upstream of the DPF and, if provided, the DOC 43. However, in some situations it may be beneficial to inject air / O 2 downstream of the DPF 25. Alternatively, the air / O 2 injection point 35 may be downstream of the DOC 43 (if provided). For NO 2 utilization regeneration using recirculated NOx, conduit 29 is such that the gas recirculated through the conduit includes at least a portion of the injected air / O 2 that reacts with the recirculated NO to produce NO 2. More specifically, a conduit point 31 downstream of the DPF 25 may be located downstream of the region 51 where air / O 2 is injected.

温度モニタ52が設けられ、これがDPF25またはDPFの入口45の温度を制御するため例えば一つ以上のコンピュータまたはマイクロプロセッサを包含する一つ以上のECUなどの制御装置53と関連する。温度モニタ52は通常、DPF25の入口45またはその上流に配置される。通常、有効NO供給強化の能動的NO利用再生の間の温度は、約550℃以下または約500℃以下に維持され、通常は最低で450℃に維持される。「約」何度以下として温度が表記される場合、温度がこの特定値を少量だけ超えてもよく、少量以上に特定値を超えることが一時的に発現してもよいことは言うまでもない。温度を所望の温度範囲内まで上昇させるため、加熱機構47は制御装置53により制御される。温度が所望範囲を上回る場合には、制御装置53を介してバルブ55を制御することにより噴射領域37に外部の空気/Oを導入するなど、適切な冷却手段が取られてもよい。SCR49の温度を制御するため、または再循環NOとOとの混合を制御するために、DPF25の下流の空気/Oライン51(設けられる場合)のバルブ56を制御装置53が制御してもよい。 A temperature monitor 52 is provided and is associated with a controller 53 such as one or more ECUs including one or more computers or microprocessors for controlling the temperature of the DPF 25 or DPF inlet 45. The temperature monitor 52 is usually disposed at the inlet 45 of the DPF 25 or upstream thereof. Typically, the temperature during active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply is maintained below about 550 ° C. or below about 500 ° C., and usually at a minimum of 450 ° C. When the temperature is expressed as “about” how many times or less, it goes without saying that the temperature may exceed the specific value by a small amount, and it may temporarily appear that the temperature exceeds the specific value by a small amount or more. The heating mechanism 47 is controlled by the controller 53 in order to raise the temperature to a desired temperature range. If the temperature exceeds the desired range, appropriate cooling means may be taken, such as introducing external air / O 2 into the injection region 37 by controlling the valve 55 via the controller 53. The controller 53 controls the valve 56 in the air / O 2 line 51 (if provided) downstream of the DPF 25 to control the temperature of the SCR 49 or to control the mixing of recirculation NO and O 2. Also good.

上記の温度範囲が約550℃以上に近づく間に、通常、多量の煤煙捕集量を持つDPFで制御不能な再生が起こる危険が高くなる。約550℃以下の温度では、理論上、有効NO供給強化の能動的NO利用再生の間に、除去された煤煙の3分の2未満、おそらくは半分未満がOとの反応により除去される。ガス中のO分子との酸化によりDPFから除去されてCOおよびCO分子を生成する煤煙質量の理論的百分率の評価(煤煙除去における「O関与」と短縮した言葉でも表されるものとする)は、実質的に一杯になったDPFの有効再生の長さに対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって行われなければならない。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、DPFは効果的に再生されたと考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度について決定される。煤煙除去の大部分とは、除去される煤煙全体のおよそ50%であると考えられる。DPF煤煙捕集量が、通常は検討対象のシステムにおいて再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも90%である時に、DPFは実質的に一杯であると考えられる。様々な理由から、理論上、実際に発生するよりも高いO関与を示唆する傾向があることが現在認識されている。 While the above temperature range approaches about 550 ° C. or higher, there is usually a high risk of uncontrollable regeneration with a DPF having a large amount of smoke collection. At temperatures below about 550 ° C., theoretically, less than two-thirds and possibly less than half of the smoke removed is removed by reaction with O 2 during active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply. The Evaluation of the theoretical percentage of soot mass that is removed from the DPF by oxidation with O 2 molecules in the gas to produce CO and CO 2 molecules (also represented by the abbreviated term “O 2 involvement” in soot removal) Must be done for a time that is significant but not exceeding the length of effective regeneration of the substantially full DPF. If significant smoke removal rate is not maintained, the DPF is considered to have been effectively regenerated. A significant soot removal rate is determined for the soot removal rate in most of the soot removal. The majority of soot removal is considered to be approximately 50% of the total soot removed. A DPF is considered substantially full when the DPF soot collection is typically at least 90% of the soot collection that begins to be regenerated in the system under consideration. It is now recognized that for various reasons, there is a theoretical tendency to suggest higher O 2 involvement than it actually occurs.

約550℃以下の温度では、有効NO供給強化の能動的NO利用再生中に発生するようにDPFの入口でのNOxレベルが制御されない場合には、実質的にすべての煤煙除去がOとの反応によるものである低速の再生が実施される。有効NO供給強化の能動的NO利用再生を介した温度の制御およびNOxレベルの制御は、通常、再生効果を実質的に上昇させる。 At temperatures below about 550 ° C., substantially all soot removal is O 2 if the NOx level at the DPF inlet is not controlled to occur during active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply. Slow regeneration, which is due to the reaction with Control and Control of NOx level of the temperature through the active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supply enhancement is usually substantially increases the regeneration effect.

通常、除去される煤煙の3分の2以上がOとの反応により除去されるのに充分なほど温度が上昇する時に、この温度は、一般的にある種のO利用再生の低い温度範囲と関連する温度に近づくが、このようなO利用再生では、理論上、有効NO供給強化の能動的NO利用再生のようにNOxは制御されないため、実質的にすべての煤煙除去がOにより実施される。有効NO供給強化の能動的NO利用再生のようにDPFの入口でのNOxレベルが制御されて、除去される煤煙の3分の2以上がOとの反応により除去されるのに充分なほど温度が上昇すると、多量の煤煙を捕集したDPFには非制御再生の危険が生じることがある。 Usually, when the temperature rises enough that more than two-thirds of the smoke removed is removed by reaction with O 2 , this temperature is typically the low temperature of some O 2 utilization regeneration. Although approaching the temperature associated with the range, in this O 2 regeneration, in theory NOx is not controlled as in the active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply, so virtually all soot removal is Performed with O 2 . Enable NO 2 with active NO 2 Use NOx levels at the inlet of the DPF as regeneration of supply reinforced is controlled, sufficient to more than two-thirds of the soot removed is removed by reaction with O 2 If the temperature rises so much, there is a risk of uncontrolled regeneration in a DPF that collects a large amount of smoke.

ガス中のO分子による酸化つまりO関与によりCOおよびCO分子を生成する、有効NO供給強化の能動的NO利用再生中などに何らかの方法でDPFから除去された煤煙質量の百分率を判断するための、有益であるが必ずしも限定的ではない技術は、一連の経験的試験、すなわち一連の経験的再生を伴い、DPFを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない同じ時間にわたって、各再生が行われた。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、DPFは有効に再生されたと見なされるものとする。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度に関して決定される。煤煙除去の大部分は、除去される煤煙全体のおよそ50%であると考えられる。 To produce CO and CO 2 molecules by oxidation i.e. O 2 involved by O 2 molecules in the gas, the percentage of soot mass that is removed from the DPF in some way, such as during the active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supplied strengthen A useful but not necessarily limiting technique for judging involves a series of empirical tests, i.e., a series of empirical regenerations, and is significant for the time required to effectively regenerate the DPF. Each regeneration took place over the same time that never exceeded. If the significant smoke removal rate is not maintained, the DPF shall be deemed to have been regenerated effectively. A significant soot removal rate is determined with respect to the soot removal rate in the majority of soot removal. The majority of soot removal is considered to be approximately 50% of the total soot removed.

関与を判断するために考案された技術は、以下のように進行する。
(A)DPFが効果的にクリーニングされる。DPFのクリーニングのための様々な適当な方法は周知であり、DPFをクリーニングするのに使用される特定の方法は、この方法がかなり一貫した結果をもたらさなければならず、同じ方法が一貫して使用されるべきであることを除いて、特に重要であるとは考えられない。
(B)ステップ(A)に続いて、検討対象のシステムで通常、再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも90%までDPFで捕集が行われる。DPFで捕集を行うための特定条件および方法は、かなり一貫した結果をもたらすべきであり、同じ条件および方法が一貫して使用されるべきである。
(C)ステップ(B)に続いて、DPFを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって、有効NO供給強化のNO利用再生など、調査対象の方法によってDPFが再生される(「調査的再生」)。再生中の煤煙除去全体が測定される。
(D)ステップ(C)に続いて、DPFが再び効果的にクリーニングされる。
(E)ステップ(D)に続いて、調査的再生と同じ開始時煤煙捕集量まで(あるいは妥当な捕集量近くまで)DPFで捕集が行われる。
(F)ステップ(E)に続いて、調査的再生の時間と等しい時間、相対的再生方法によってDPFが再生される(「相対的再生」)。相対的再生は、DPFの入口でのNOxレベルがDPFの再生に対して有意であるレベルまで低下していることを除いて、調査的再生と同一の方法で実施される。相対的再生の終了時に、煤煙除去合計が測定される。
(G)相対的再生による煤煙除去合計が調査的再生の煤煙除去合計で割られて、調査的再生中にガス中のO分子による酸化によりDPFから除去されてCOおよびCO分子を生成する煤煙質量の最大画分が決定される。
The technique devised to determine the O 2 participation proceeds as follows.
(A) The DPF is effectively cleaned. Various suitable methods for cleaning the DPF are well known, and the particular method used to clean the DPF must yield a fairly consistent result, and the same method is consistently consistent. It is not considered particularly important except that it should be used.
(B) Subsequent to step (A), the DPF normally collects up to at least 90% of the amount of soot collected at the system under consideration. Specific conditions and methods for collecting with DPF should yield fairly consistent results, and the same conditions and methods should be used consistently.
(C) Subsequent to step (B), NO 2 utilization regeneration for strengthening effective NO 2 supply, etc. over a time that is significant but does not exceed the time required to effectively regenerate the DPF The DPF is regenerated by the method to be investigated (“Investigative regeneration”). The total smoke removal during regeneration is measured.
(D) Following step (C), the DPF is effectively cleaned again.
(E) Subsequent to step (D), collection is performed with DPF up to the same starting smoke collection amount as in the exploratory regeneration (or close to a reasonable collection amount).
(F) Following step (E), the DPF is regenerated by a relative regeneration method (“relative regeneration”) for a time equal to the time of exploratory regeneration. Relative regeneration is performed in the same manner as exploratory regeneration, except that the NOx level at the DPF inlet has dropped to a level that is significant for DPF regeneration. At the end of the relative regeneration, the total soot removal is measured.
(G) The total soot removal by relative regeneration is divided by the soot removal total of the exploratory regeneration and removed from the DPF by oxidation with O 2 molecules in the gas during the exploratory regeneration to produce CO and CO 2 molecules. The maximum fraction of soot mass is determined.

有効に再生を行うのに必要な時間に対して有意である時間におけるO関与を規定することにより、一時的出現に基づいて計算される、およびまたは、有意の煤煙除去速度がもはや維持されないポイントを超えても継続する再生を表す測定値を除外することが意図されている。 Points that are calculated on the basis of temporal appearance by defining O 2 participation in a time that is significant relative to the time required for effective regeneration and / or a significant soot removal rate is no longer maintained It is intended to exclude measurements that represent replay that continues beyond.

ここに説明される技術は、調査的再生中にOにより除去される煤煙質量の実際の画分を過大評価したものであると予想され、そのためO関与の従来基準である。より正確な経験的および/または理論的技術は、上述した方法により実証されると予想されるものよりさらに低いO関与レベルを示すことがある。 The technique described here is expected to overestimate the actual fraction of the soot mass removed by O 2 during exploratory regeneration, and is therefore the conventional standard for O 2 involvement. More accurate empirical and / or theoretical techniques may show even lower O 2 participation levels than would be expected to be demonstrated by the methods described above.

制御装置53は、再循環ガスから生成されるかこれによって運搬されるNOにより煤煙の少なくとも一部が酸化される再循環NOxを用いるNO利用再生が中止または開始されるように、また、再循環NOxを用いるNO利用再生が中止されると、再循環なしで煤煙が酸化される、従来の、または有効NO供給強化による能動的NO利用の再生による再生動作が発生するように、導管29のバルブ57を開閉することなどにより導管におけるNOxの再循環を開始および中止するようにも構成されている。再循環NOxを用いたNO利用再生が完全に中止、一部中止、または最大容量で作動するように、導管29のバルブ57は通常、全開および全閉を含む複数の位置に加えて、全開と全閉との間の位置へ調節可能である。再循環NOxを用いてNO利用再生が調節可能であると、エンジン23からのNOx発生の制御および/またはDPFの再生速度の制御を促進することができる。 The controller 53 also stops or initiates NO 2 utilization regeneration using recirculated NOx in which at least a portion of the soot is oxidized by NO 2 generated from or carried by the recirculated gas, When regeneration using NO 2 using recirculated NOx is stopped, soot is oxidized without recirculation, so that a regeneration operation by regenerating active NO 2 using conventional or enhanced NO 2 supply is generated. It is also configured to start and stop NOx recirculation in the conduit, such as by opening and closing the valve 57 of the conduit 29. NO 2 based regeneration using recirculated NOx is completely stopped, to operate in some aborted, or maximum capacity, the valve 57 of the conduit 29 is typically in addition to a plurality of positions including a fully open and fully closed, fully open And can be adjusted to a position between fully closed. Control of NOx generation from the engine 23 and / or control of the regeneration rate of the DPF can be facilitated if the regeneration using NO 2 can be adjusted using the recirculated NOx.

制御装置53は、加熱機構47を制御して、有効NO供給強化の能動的NO利用再生または再循環NOxを用いたNO利用再生が少なくとも部分的に中止された時に、DPF25の入口45での温度が排気流中のOでDPF内の煤煙を酸化するのに充分なほど上昇する能動的O利用再生動作を開始させるようにも構成されている。煤煙捕集レベルが充分に低い時に、DPFの入口45の温度を上昇させること、DPF25の温度を上昇させること、煤煙の温度を上昇させることなどにより、この方法は少なくとも部分的に中止され、能動的O利用再生が開始される。 Controller 53 controls the heating mechanism 47, when the effective NO 2 supplied strengthening active NO 2 based regeneration or recycling NOx NO 2 based regeneration using was discontinued at least partially, the inlet of the DPF 25 45 An active O 2 utilization regeneration operation is also initiated in which the temperature at the temperature rises sufficiently to oxidize the soot in the DPF with O 2 in the exhaust stream. When the soot collection level is low enough, this method is at least partially discontinued by increasing the temperature of the DPF inlet 45, increasing the temperature of the DPF 25, increasing the temperature of the soot, etc. O 2 utilization regeneration is started.

圧力センサ機構59はDPF25に関連した構成を持ち、DPFにおける圧力低下に対応する信号を制御装置53に送るのに適している。DPF25における圧力低下は(DPFにおける体積流量とともに)DPFの煤煙捕集量と関係を持っていることが多い。様々な再生方法を伴う様々な再生方式が実施されてもよい。例えば、DPF25における圧力低下または他に煤煙捕集を示すものに応じて、様々な再生方法を実施するように再生方式が考案されてもよい。高い煤煙捕集レベルでは、O利用再生と関連する温度は一般的に、DPFにダメージを与える可能性のある制御不能再生を起こさせるのに充分なほど高い。有効NO供給強化の能動的NO利用再生と一般的に関連した、O利用再生に関する低い温度はまだ、煤煙捕集レベルがまだ高い時にDPFにダメージを与える制御不能O利用再生反応を開始させるのに充分なほど高い。このような高い煤煙捕集レベルでは、従来のNO利用再生、つまり0.52gC/gNOより低いNO効率を持つNO利用再生とともに再生方式が開始してから、DPF25における圧力低下(または他に煤煙捕集を示す基準)が低い煤煙捕集レベルを示した後で、有効NO供給強化の能動的NO利用再生に切り換わる。表示された煤煙捕集量がさらに低下すると、能動的O利用再生が開始される。従来のNO利用再生、有効NO供給強化の能動的NO利用再生、能動的O利用再生のいずれかでは、再循環NOxを用いたNO利用再生(NOおよび/またはNOの再循環を伴う)が同時に実施されることが可能である。また、従来のNO利用再生、有効NO供給強化の能動的NO利用再生、能動的O利用再生のいずれかでは、再循環NOxを用いてこの再生がNO利用再生に切り換わるか、その逆が行われる。 The pressure sensor mechanism 59 has a configuration related to the DPF 25 and is suitable for sending a signal corresponding to a pressure drop in the DPF to the control device 53. The pressure drop in the DPF 25 is often related to the amount of smoke collected by the DPF (along with the volume flow in the DPF). Various playback methods with various playback methods may be implemented. For example, a regeneration scheme may be devised to implement various regeneration methods depending on the pressure drop in the DPF 25 or otherwise indicating smoke collection. At high soot collection levels, the temperature associated with O 2 utilization regeneration is generally high enough to cause uncontrollable regeneration that can damage the DPF. The low temperature for O 2 regeneration, generally associated with active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply, still causes uncontrolled O 2 regeneration reactions that damage the DPF when the smoke collection level is still high. High enough to get you started. In such a high soot collection levels, conventional NO 2 based regeneration, i.e. from the start of the reproducing system with NO 2 based regeneration with low NO 2 efficiently than 0.52gC / gNO 2, pressure drop in the DPF 25 (or After the other soot collection level shows a low soot collection level, it switches to active NO 2 regeneration with enhanced effective NO 2 supply. When the displayed amount of smoke collected further decreases, active O 2 utilization regeneration is started. Conventional NO 2 based regeneration, effective NO 2 supplied active NO 2 Use of reinforced regeneration, in either an active O 2 based regeneration, the NO 2 based regeneration using recirculated NOx (NO and / or NO 2 again (With circulation) can be performed simultaneously. Also, if the conventional NO 2 based regeneration, an active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supply reinforced, in either an active O 2 based regeneration, the regenerated using recirculation NOx is switched to NO 2 based regeneration The reverse is done.

通常は、DPFの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節することにより、従来の、および/または有効NO供給強化の能動的NO利用再生、および/またはエンジン23からのNOx発生の速度を調節する目的で排気ガス流のNOxレベルを調節するようにも、制御装置53は構成されている。これは例えば、燃料噴射システム61の燃料噴射タイミングおよび/または燃料噴射圧力、ターボチャージャ63のベーン位置、EGRバルブ65の位置のうち一つ以上の適切な調節により、さらにすべて制御装置53により制御されるスロットルなど他のアクチュエータにより、達成される。このようにして、従来のNO利用再生、有効NO供給強化の能動的NO利用再生、再循環NOxを用いたNO利用再生に利用可能なNOxに加えて、EATS21からのNOx排出物が調節される。一般的に、有効NO供給強化の能動的NO利用再生では、環境関連法により一般的に規定されるレベルである、DPFの入口のNOxレベルをガスが通常有するレベルよりも高くすることにより、これが制御される。NOxレベルが制御される程度は一般的に、異なるサイズのディーゼルエンジンのような特定のNOx発生源と他の動作条件などの要因に左右され、システムごとに大きく変化する。 Usually, by adjusting the local flame temperature upstream of the engine cylinders of DPF, the speed of conventional, and / or active NO 2 based regeneration of the active NO 2 supplied strengthening, and / or NOx generated from the engine 23 The controller 53 is also configured to adjust the NOx level of the exhaust gas flow for the purpose of adjusting the exhaust gas flow. This is further controlled by the controller 53 by appropriate adjustment of one or more of the fuel injection timing and / or fuel injection pressure of the fuel injection system 61, the vane position of the turbocharger 63, and the position of the EGR valve 65, for example. This is achieved by other actuators such as throttles. In this way, the conventional NO 2 based regeneration, effective NO 2 supplied strengthening active NO 2 based regeneration, in addition to the available NOx to NO 2 based regeneration using recirculated NOx, NOx emissions from EATS21 Is adjusted. In general, in active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply, the NOx level at the inlet of the DPF, which is a level generally defined by environment-related laws, is made higher than the level that the gas normally has. This is controlled. The degree to which the NOx level is controlled generally depends on factors such as the specific NOx source, such as different sized diesel engines, and other operating conditions, and varies greatly from system to system.

導管にポンプを設けることなどにより、導管29内のガスを再循環させるための機械的手段67(点線で図示)が設けられるか、例えばDPFの上流の排気ライン69を通るガス流から生じるベンチュリ効果によりガスが再循環される。   Venturi effect resulting from mechanical flow 67 (represented by dotted lines) for recirculating gas in conduit 29, such as by providing a pump in the conduit, or resulting from gas flow through exhaust line 69 upstream of the DPF, for example The gas is recirculated.

本発明の態様によるDPF25を再生するための方法では、CO、CO、NOが生成されるように触媒作用DPF25の煤煙がNOで酸化される。この方法によれば、NOx含有ガスが触媒作用DPF25に導入され、DPF,捕捉された煤煙、NOx含有ガスの少なくとも一つの温度が加熱機構47などによって制御され、NOx含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成するNO分子を生成して、NO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、そしてDPFから除去された煤煙質量の3分の2未満がガス内のO分子によって酸化されてCOおよびCO分子を生成するように、DPFの入口でのNOxレベルが制御される。 In the method for regenerating DPF 25 according to aspects of the present invention, soot in catalytic DPF 25 is oxidized with NO 2 so that CO, CO 2 , NO is produced. According to this method, the NOx-containing gas is introduced into the catalytic DPF 25, and the temperature of at least one of the DPF, the trapped soot and the NOx-containing gas is controlled by the heating mechanism 47, etc., and the NOx-containing gas reacts with the catalyst. later react with soot particles CO, generates a NO 2 molecules to generate a CO 2, NO molecules, as NO 2 efficiency is higher than 0.52gC / gNO 2, and soot mass that is removed from the DPF The NOx level at the DPF inlet is controlled so that less than two-thirds of this is oxidized by O 2 molecules in the gas to produce CO and CO 2 molecules.

DPF25、捕捉された煤煙、NOx含有ガスの少なくとも一つの温度は、この温度が約550℃以下、約500℃以下、少なくとも450度を上回るように通常は制御される。DPF25の下流からのNOxは、DPFの上流、通常は、設けられたDPFの上流のディーゼル酸化触媒(DOC)43の上流に再循環される。DOC43の入口の温度は、DOCの上流のディーゼルエンジン排気流に炭化水素を噴射することなどによって制御される。   The temperature of at least one of the DPF 25, trapped soot, NOx containing gas is typically controlled such that this temperature is less than about 550 ° C, less than about 500 ° C, and at least 450 degrees. NOx from downstream of the DPF 25 is recirculated upstream of the DPF, usually upstream of the diesel oxidation catalyst (DOC) 43 upstream of the provided DPF. The temperature at the inlet of the DOC 43 is controlled, such as by injecting hydrocarbons into the diesel engine exhaust stream upstream of the DOC.

DPFへ流入するNOx含有ガスの組成を調節するため、様々な措置が取られる。空気/OはDPFの上流に噴射される。DPFの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節することなどにより、DPFの上流のディーゼルエンジンのNOx発生が調節される。 Various measures are taken to adjust the composition of the NOx-containing gas flowing into the DPF. Air / O 2 is injected upstream of the DPF. The NOx generation of the diesel engine upstream of the DPF is adjusted, such as by adjusting the local flame temperature of the engine cylinder upstream of the DPF.

DPFからのNOの少なくとも一部を再循環させて一つ以上の反応領域37,39,および/または41で再循環NOをOと反応させることでNOを生成することにより、再循環NOxを用いたDPF25のNO利用再生が実施される。再循環NOxを用いたNO利用再生の間、DPF25内の煤煙を酸化させたNOの少なくとも一部は、再循環ガスから生成されるかこれにより運搬されたNOである。DPF25の入口45の温度は通常、この温度が約500℃であって少なくとも450℃を上回るように、触媒作用DPFを用いて実施される時に有効NO供給強化の能動的NO利用再生および再循環NOxを用いたNO利用再生の間に制御される。 By generating NO 2 recirculation NO by reaction with O 2 at least partially recirculate and one or more reaction zones 37, 39, and / or 41 of NO from DPF, recirculation NOx The regeneration using the NO 2 of the DPF 25 using is performed. Between NO 2 based regeneration using recirculated NOx, at least part of the NO 2 which is oxidized soot in DPF25 is NO 2, which is carried by this or are produced from the recycle gas. Inlet temperature 45 DPF25 is normally to exceed at least 450 ° C. This temperature is from about 500 ° C., the active NO 2 based regeneration and re-effective NO 2 supplied enhanced when implemented using a catalyzed DPF Control is performed during NO 2 utilization regeneration using circulating NOx.

再循環NOxを用いたNO利用再生の間、DPF25の下流のポイント31からのNOxは、DPFの上流のポイント33へ再循環される。Oが再循環NOと反応して再循環NOを生成する反応領域37などで、能動的再生中に空気/OがDPF25の上流に噴射される。付加的または代替的に、DOC43の反応領域41および/または触媒作用DPF25の反応領域39などで、能動的再生中に触媒の存在下で再循環NOがOと反応する。 During NO 2 regeneration using recirculated NOx, NOx from the point 31 downstream of the DPF 25 is recirculated to the point 33 upstream of the DPF. Air / O 2 is injected upstream of the DPF 25 during active regeneration, such as in a reaction zone 37 where O 2 reacts with recirculated NO to produce recirculated NO 2 . Additionally or alternatively, recycled NO reacts with O 2 in the presence of the catalyst during active regeneration, such as in reaction region 41 of DOC 43 and / or reaction region 39 of catalytic DPF 25.

DPF25から出て再循環されないNOxガスは、DPFの下流のSCR49などで、NOxレベルを低下させるように処理される。空気/OはDPFの下流およびSCRの上流のポイント51に噴射され、噴射された空気/Oの一部は再循環NOxとともに再循環されて、再循環NOxを用いたNO利用再生に使用するためのNOの生成を促進する。噴射された空気/Oは、SCR49の入口での温度を制御するのにも使用される。 The NOx gas that leaves the DPF 25 and is not recirculated is processed by the SCR 49 downstream of the DPF to reduce the NOx level. Air / O 2 is injected to a point 51 downstream of the DPF and upstream of the SCR, and a part of the injected air / O 2 is recirculated together with the recirculated NOx to regenerate NO 2 using the recirculated NOx. Promotes the production of NO 2 for use. The injected air / O 2 is also used to control the temperature at the inlet of the SCR 49.

エンジンのシリンダの局所的火炎温度を制御することなどにより、DPF25の上流のディーゼルエンジン23において制御装置53などによりNOx発生が制御される。これは、例えば、燃料噴射システム61の燃料噴射のタイミングおよび圧力、ターボチャージャ63のベーン位置、EGRバルブ65の位置を調節することによって達成される。このようにして、従来のNO利用再生、または有効NO供給強化の能動的NO利用再生、または再循環NOxを用いたNO利用再生に有効なNOxが、EATS21からのNOx排出物とともに調節される。 Generation of NOx is controlled by the control device 53 and the like in the diesel engine 23 upstream of the DPF 25 by controlling the local flame temperature of the cylinder of the engine. This is achieved, for example, by adjusting the fuel injection timing and pressure of the fuel injection system 61, the vane position of the turbocharger 63, and the position of the EGR valve 65. In this way, the conventional NO 2 based regeneration, or effective NO 2 supplied active NO 2 based regeneration of reinforced or recycling NOx effective NOx to NO 2 based regeneration using, together with NOx emissions from EATS21 Adjusted.

DPFにおける煤煙捕集レベル、またはDPF25の圧力低下のように煤煙捕集レベルなどを示す何らかの特徴に基づいて、能動的O利用再生が制御装置53などにより開始される。また、導管29のバルブ57を閉じることなどにより、再循環NOxを用いたNO利用再生が終了され、再循環NOなしの煤煙の酸化を含む能動的O利用再生または従来のNO利用再生または有効NO供給強化の能動的NO利用再生が実施される。このようにして、DPFの再生速度および/またはEATS21からのNOx排出物が調節される。 Based on some characteristic indicating the soot collection level in the DPF or the pressure drop in the DPF 25, the active O 2 utilization regeneration is started by the controller 53 or the like. Further, the NO 2 regeneration using the recirculated NOx is terminated by closing the valve 57 of the conduit 29 and the like, and the active O 2 regenerating including the oxidation of the smoke without the recirculated NO 2 or the conventional NO 2 utilization. Regeneration or active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply is performed. In this way, the regeneration rate of DPF and / or NOx emissions from EATS 21 are adjusted.

本出願では、“including(を含む)”の使用は非限定的であり、“comprising(を包含する)”などの語と同じ意味を持つが、他の構造、材料、作用の存在を除外するものではない。同様に、“can”または“may”の語の使用は、非制限的であることとその構造、材料、作用が必要でないことを表す意図を持つが、このような語を使用しなくても、構造、材料、作用が不可欠であることを表す意図はない。この構造、材料、作用が現時点で不可欠であると考えられる限り、そのように明記される。   In this application, the use of “including” is non-limiting and has the same meaning as a word such as “comprising” but excludes the presence of other structures, materials, or actions. It is not a thing. Similarly, the use of the word “can” or “may” is intended to indicate that it is non-limiting and that its structure, material, or action is not required, but without using such a word. There is no intent to show that structure, material, and action are essential. As long as this structure, material, and action are considered essential at this time, it is clearly stated.

好適な実施形態にしたがって本発明を図示および説明したが、請求項に提示される本発明から逸脱することなく変形および変更が可能であることは言うまでもない。   While the invention has been illustrated and described in accordance with preferred embodiments, it will be understood that variations and modifications can be effected without departing from the invention as set forth in the claims.

10 触媒
11 ディーゼル微粒子フィルタ
12 煤煙
21 EATS(排気後処理システム)
23 ディーゼルエンジン
25 DPF(ディーゼル微粒子フィルタ)
29 導管
31 分岐ポイント
33 吐出ポイント
35 噴射ポイント
37 噴射領域
39,41 反応領域
43 DOC(ディーゼル酸化触媒)
43’ DOC2(ディーゼル酸化触媒2)
45 入口
47 加熱機構
49 SCR(選択的触媒還元後処理装置)
51 空気/Oライン
52 温度モニタ
53 制御装置
55,56,57 バルブ
59 圧力センサ機構
61 燃料噴射システム
63 ターボチャージャ
65 EGRバルブ
67 機械的手段
69 排気ライン
10 Catalyst 11 Diesel particulate filter 12 Smoke 21 EATS (Exhaust aftertreatment system)
23 Diesel engine 25 DPF (Diesel particulate filter)
29 Conduit 31 Branch point 33 Discharge point 35 Injection point 37 Injection region 39, 41 Reaction region 43 DOC (diesel oxidation catalyst)
43 'DOC2 (diesel oxidation catalyst 2)
45 inlet 47 heating mechanism 49 SCR (selective catalytic reduction aftertreatment device)
51 Air / O 2 Line 52 Temperature Monitor 53 Controller 55, 56, 57 Valve 59 Pressure Sensor Mechanism 61 Fuel Injection System 63 Turbocharger 65 EGR Valve 67 Mechanical Means 69 Exhaust Line

Claims (34)

有効NO供給が強化される能動的NO利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を再生するための方法であって、
NOx含有ガスを前記DPFへ導入するステップと、
前記DPFの入口でのNOxレベルを制御するように、前記DPFの上流に位置する燃料噴射システムの燃料噴射のタイミングおよび圧力、ターボチャージャのベーン位置及びEGRバルブの位置を調節することを含む少なくともエンジン操作しながら、前記DPF,前記NOx含有ガス、前記DPF内の煤煙の少なくとも一つの温度を加熱機構により制御することによって、
前記NOx含有ガス中に含まれるNO分子、及び前記NOx含有ガス中に含まれるNO分子から生成されたNO分子が、煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成する第1反応を実施するステップと、
少なくとも一つの一連の第2反応を実施して、前記第1反応及び前記一連の第2反応中の一つの反応のうち少なくとも一つで生成されたNO分子と、前記DPF中のO分子とが、更に前記触媒と反応して、後に前記煤煙粒子と反応するNO分子を少なくとも部分的に生成するステップと、を包含し、
それにより、NO効率が0.52gC/gNOより高くなり、そして前記DPFから除去された煤煙質量の3分の2未満がガス内のO分子によって酸化されてCOおよびCO分子を生成する、方法。
A method for regenerating a catalytic diesel particulate filter (DPF) by active NO 2 utilization regeneration with enhanced effective NO 2 supply comprising:
Introducing NOx-containing gas into the DPF;
At least an engine comprising adjusting fuel injection timing and pressure, a turbocharger vane position and an EGR valve position of a fuel injection system located upstream of the DPF so as to control a NOx level at an inlet of the DPF By controlling the temperature of at least one of the DPF, the NOx-containing gas, and the smoke in the DPF with a heating mechanism while operating,
First of NO 2 molecules contained in the NOx-containing gas, and NO 2 molecules produced from the NO molecules contained in the NOx-containing gas, to produce a CO, CO 2, NO molecules react with soot particles Carrying out the reaction;
Performing at least one series of second reactions, NO molecules generated in at least one of the first reaction and one reaction in the series of second reactions, and O 2 molecules in the DPF; Further reacting with the catalyst to at least partially produce NO 2 molecules that subsequently react with the soot particles,
Thereby, NO 2 efficiency is higher than 0.52gC / gNO 2, and generates a O is oxidized by 2 molecules CO and CO 2 molecules of less than 2 in the gas-thirds of the soot mass that is removed from the DPF how to.
DPFから除去された煤煙質量の2分の1未満がガス内のO分子によって酸化されてCOおよびCO分子を生成するように、前記DPFの入口でのNOxレベルを制御しながら、前記DPF,前記NOx含有ガス、前記DPF内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。 While controlling the NOx level at the inlet of the DPF such that less than half of the smoke mass removed from the DPF is oxidized by O 2 molecules in the gas to produce CO and CO 2 molecules, the DPF The method of claim 1, comprising controlling a temperature of at least one of the NOx-containing gas and soot in the DPF. 前記DPF、前記捕捉された煤煙、前記NOx含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約550℃以下となるように前記温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling the temperature such that the temperature of at least one of the DPF, the trapped soot, and the NOx-containing gas is about 550 ° C. or less. 前記DPF、前記捕捉された煤煙、前記NOx含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約500℃以下となるように前記温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling the temperature so that at least one of the DPF, the trapped smoke, and the NOx-containing gas has a temperature of about 500 ° C. or less. 前記DPF、前記捕捉された煤煙、前記NOx含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約450℃を上回るように前記温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling the temperature such that the temperature of at least one of the DPF, the trapped soot, and the NOx-containing gas is greater than about 450 ° C. 前記DPFの下流から前記DPFの上流までNOを再循環させるステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising recycling NO from downstream of the DPF to upstream of the DPF. 前記DPFの上流のディーゼル酸化触媒(DOC)の上流へNOを再循環させるステップを包含する、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, comprising recycling NO upstream of a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF. 前記DOCの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記DOCの入口の温度を制御するステップを包含する、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, comprising controlling the temperature at the DOC inlet by injecting hydrocarbons into a diesel engine exhaust stream upstream of the DOC. 前記DPFの上流にOを噴射するステップを包含する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, comprising injecting O 2 upstream of the DPF. 前記DPFの上流のディーゼルエンジンにおけるNOx発生を制御することにより前記DPFの入口のNOxレベルを制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling the NOx level at the inlet of the DPF by controlling NOx generation in a diesel engine upstream of the DPF. 前記DPFの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節してNOx発生を調節するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising adjusting a local flame temperature in an engine cylinder upstream of the DPF to adjust NOx generation. 前記DPFの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより、前記DPFと前記NOx含有ガスのうち少なくとも一方の温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling the temperature of at least one of the DPF and the NOx-containing gas by injecting hydrocarbons into a diesel engine exhaust stream upstream of the DPF. 触媒の存在下で前記炭化水素を酸化するステップを包含する、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, comprising oxidizing the hydrocarbon in the presence of a catalyst. バーナシステムで前記炭化水素を酸化するステップを包含する、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, comprising oxidizing the hydrocarbon in a burner system. 前記DPFを加熱することにより前記DPFと前記NOx含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling a temperature of at least one of the DPF and the NOx-containing gas by heating the DPF. 電気ヒータで前記DPFを加熱するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising heating the DPF with an electric heater. マイクロ波で前記煤煙を加熱するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising heating the soot with microwaves. 前記NO効率が1.04gC/gNOより高い、請求項1に記載の方法。 The NO 2 efficiency is higher than 1.04gC / gNO 2, The method of claim 1. 前記NOx含有ガスの質量流量を制御するステップを包含する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, comprising controlling a mass flow rate of the NOx-containing gas. NOx含有ガスを触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)へ導入するように構成されたディーゼルエンジンと、
前記DPF、前記NOx含有ガス、前記DPFの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように構成された加熱機構と、
前記NOx含有ガス中に含まれるNO分子、及び前記NOx含有ガス中に含まれるNO分子から生成されたNO分子が、煤煙粒子と反応してCO、CO、NO分子を生成する第1反応を実施するとともに、
少なくとも一つの一連の第2反応を実施して、前記第1反応及び前記一連の第2反応中の一つの反応のうち少なくとも一つで生成されたNO分子と、前記DPF中のO分子とが、更に前記触媒と反応して、後に前記煤煙粒子と反応するNO分子を少なくとも部分的に生成することで、
NO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、そして前記DPFから除去される前記煤煙質量の3分の2未満が前記ガス中のO分子により酸化されてCOおよびCO分子を生成するように、前記温度を制御することと、前記DPFの上流に位置する燃料噴射システムの燃料噴射のタイミングおよび圧力、ターボチャージャのベーン位置及びEGRバルブの位置を調節することを含む少なくともエンジン操作しながら前記DPFの入口のNOxレベルを制御することとにより、有効NO供給が強化される能動的NO利用再生を実施する前記加熱機構を制御するように構成された制御装置と、
を包含する、ディーゼルエンジン機構。
A diesel engine configured to introduce NOx-containing gas into a catalytic diesel particulate filter (DPF);
A heating mechanism configured to control the temperature of at least one of the DPF, the NOx-containing gas, and the smoke of the DPF;
First of NO 2 molecules contained in the NOx-containing gas, and NO 2 molecules produced from the NO molecules contained in the NOx-containing gas, to produce a CO, CO 2, NO molecules react with soot particles While carrying out the reaction,
Performing at least one series of second reactions, NO molecules generated in at least one of the first reaction and one reaction in the series of second reactions, and O 2 molecules in the DPF; Is further reacted with the catalyst to at least partially generate NO 2 molecules that subsequently react with the soot particles,
As NO 2 efficiency is higher than 0.52gC / gNO 2, and less than two thirds of the soot mass that is removed from the DPF is a is with CO and CO 2 molecules oxidized by O 2 molecules in the gas At least engine operation including controlling the temperature to produce and adjusting fuel injection timing and pressure of a fuel injection system located upstream of the DPF, a vane position of a turbocharger and a position of an EGR valve A control device configured to control the heating mechanism that performs active NO 2 utilization regeneration in which effective NO 2 supply is enhanced by controlling the NOx level at the inlet of the DPF while
Including diesel engine mechanism.
前記加熱機構は、前記DPFの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記DPFと前記NOx含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するように構成された炭化水素噴射機構を包含する、請求項20に記載のディーゼルエンジン機構。   The heating mechanism includes a hydrocarbon injection mechanism configured to control the temperature of at least one of the DPF and the NOx-containing gas by injecting hydrocarbons into a diesel engine exhaust stream upstream of the DPF. The diesel engine mechanism according to claim 20. 前記炭化水素を酸化するための触媒を包含する、請求項21に記載のディーゼルエンジン機構。   The diesel engine mechanism of claim 21, comprising a catalyst for oxidizing the hydrocarbon. 前記炭化水素を酸化するためのバーナを包含する、請求項21に記載のディーゼルエンジン機構。   The diesel engine mechanism of claim 21 including a burner for oxidizing the hydrocarbon. 前記DPFを加熱するための加熱機構を包含する、請求項20に記載のディーゼルエンジン機構。   The diesel engine mechanism according to claim 20, comprising a heating mechanism for heating the DPF. 前記加熱機構は、前記DPFを加熱するための電気ヒータを包含する、請求項20に記載のディーゼルエンジン機構。   The diesel engine mechanism according to claim 20, wherein the heating mechanism includes an electric heater for heating the DPF. 前記加熱機構は、前記煤煙を加熱するためのマイクロ波機構を包含する、請求項20に記載のディーゼルエンジン機構。   The diesel engine mechanism according to claim 20, wherein the heating mechanism includes a microwave mechanism for heating the smoke. ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を再生する方法であって、
前記DPFにNOx含有ガスを導入するステップと、
前記NOx含有ガス中に含まれるNO 分子、及び前記NOx含有ガス中に含まれるNO分子から生成されたNO 分子が、煤煙粒子と反応してCO、CO 、NO分子を生成する第1反応を実施し、少なくとも一つの一連の第2反応を実施して、前記第1反応及び前記一連の第2反応中の一つの反応のうち少なくとも一つで生成されたNO分子と、前記DPF中のO 分子とが、更に前記触媒と反応して、後に前記煤煙粒子と反応するNO 分子を少なくとも部分的に生成して、NO効率が0.52gC/gNOより高くなるように、そして前記DPFから除去された前記煤煙質量の3分の2未満が前記ガス中のO分子により酸化されてCO、CO分子を生成するように、前記DPFの入口のNOxレベルを制御するように、前記DPFの上流に位置する燃料噴射システムの燃料噴射のタイミングおよび圧力、ターボチャージャのベーン位置及びEGRバルブの位置を調節することを含む少なくともエンジン操作しながら、前記DPF,前記NOx含有ガス、前記DPFの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように加熱機構を操作することを包含する有効NO供給が強化される能動的NO利用再生を実施することにより、前記DPFを少なくとも部分的に再生する第1再生を実施するステップと、
受動的NO利用再生と能動的O利用再生の少なくとも一方を実施することにより前記DPFを少なくとも部分的に再生する第2再生を実施するステップと、
を包含する方法。
A method for regenerating a diesel particulate filter (DPF) comprising:
Introducing a NOx-containing gas into the DPF;
First of NO 2 molecules contained in the NOx-containing gas, and NO 2 molecules produced from the NO molecules contained in the NOx-containing gas, to produce a CO, CO 2, NO molecules react with soot particles Performing a reaction, performing at least one series of second reactions, and generating NO molecules generated in at least one of the first reaction and one of the series of second reactions, and in the DPF of O 2 molecules and are further reacted with the catalyst, said NO 2 molecules react with soot particles at least partially generated after, as NO 2 efficiency is higher than 0.52gC / gNO 2, the CO 2 less than 3 minutes of the soot mass that is removed from the DPF is oxidized by O 2 molecules in the gas, so as to produce a CO 2 molecule, so as to control the NOx level of the inlet of the DPF Adjusting the DPF, the NOx-containing gas, and at least operating the engine, including adjusting the fuel injection timing and pressure of the fuel injection system located upstream of the DPF, the vane position of the turbocharger, and the position of the EGR valve. By performing active NO 2 utilization regeneration that enhances the effective NO 2 supply, including operating a heating mechanism to control the temperature of at least one of the DPF soot, the DPF is at least partially Performing a first reproduction to reproduce; and
Performing a second regeneration that at least partially regenerates the DPF by performing at least one of passive NO 2 regeneration and active O 2 regeneration;
Including the method.
前記第2再生の前に前記第1再生が実施される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the first regeneration is performed before the second regeneration. 前記第2再生の後に前記第1再生が実施される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the first regeneration is performed after the second regeneration. 前記受動的NO利用再生を実施することにより前記DPFを少なくとも部分的に再生する再生の後、そして前記能動的O利用再生を実施することにより前記DPFを少なくとも部分的に再生する再生の前に前記第1再生が実施される、請求項27に記載の方法。 After regeneration to at least partially regenerate the DPF by performing the regeneration using passive NO 2 and before regeneration to at least partially regenerate the DPF by performing regeneration using the active O 2 28. The method of claim 27, wherein the first regeneration is performed. 再循環NOxを用いた有効NO供給強化の能動的NO利用再生を実施するステップを包含する、請求項27に記載の方法。 It encompasses active NO 2 Use performing a regeneration of the active NO 2 supplied reinforced with recirculation NOx, The method of claim 27. 前記受動的NO利用再生、前記有効NO供給が強化される能動的NO利用再生、前記能動的O利用再生の少なくとも一つと同時に、再循環NOxを用いた前記DPFの前記NO利用再生が実施される、請求項31に記載の方法。 The passive NO 2 based regeneration, the effective NO 2 supplied active NO 2 use is enhanced regeneration, simultaneously with at least one of the active O 2 based regeneration, the NO 2 Use of the DPF using the recirculation NOx 32. The method of claim 31, wherein regeneration is performed. 前記受動的NO利用再生、前記有効NO供給が強化される能動的NO利用再生、前記能動的O利用再生の少なくとも一つの前に、再循環NOxを用いた前記DPFの前記NO利用再生が実施される、請求項31に記載の方法。 The passive NO 2 based regeneration, the effective NO 2 supplied active NO 2 use is enhanced play, before at least one of the active O 2 based regeneration, the NO 2 of the DPF using the recirculation NOx 32. The method of claim 31, wherein usage regeneration is performed. 前記受動的NO利用再生、前記有効NO供給が強化される能動的NO利用再生、前記能動的O利用再生の少なくとも一つの後に、再循環NOxを用いた前記DPFの前記NO利用再生が実施される、請求項31に記載の方法。 The passive NO 2 based regeneration, the effective NO 2 supplied active NO 2 use is enhanced play, after at least one of the active O 2 based regeneration, the NO 2 Use of the DPF using the recirculation NOx 32. The method of claim 31, wherein regeneration is performed.
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